基于IP技術(shù)的通用雷達錄取顯控終端的設(shè)計

李秀良

(中國人民解放軍91404部隊， 河北秦皇島066000)

0 引言

終端系統(tǒng)是雷達不可缺少的組成部分，隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，對終端設(shè)備的要求越來越高，要求雷達終端架構(gòu)更靈活，處理功能更強，顯示的雷達信息更多。傳統(tǒng)的雷達錄取顯控終端采用自定義并行總線的形式實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不同功能模塊的板間互聯(lián)，由于不同雷達的信號定義不同，導(dǎo)致雷達終端的通用性較差，擴展困難，已不能滿足現(xiàn)代雷達的發(fā)展需要。

雷達顯控錄取終端主要完成對海對空的雷達視頻錄取、航跡跟蹤、信息顯示、情報上報等功能。為了提高雷達目標(biāo)的錄取精度和穩(wěn)定跟蹤，需要完成大量的數(shù)據(jù)處理和高速傳輸，基于此，提出了一種基于IP交換技術(shù)的雷達錄取顯控終端技術(shù)。

1 基于IP的雷達錄取顯控終端特點

基于IP的雷達錄取顯控終端是指終端板間的數(shù)據(jù)交互不再用自定義并行總線方式，而是通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，有以下2個特點:

(1)板級設(shè)備的互聯(lián)簡單，通用性好。多個板級設(shè)備互聯(lián)時不再需要大量的連線而采用交換的方式。數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將雷達的處理信號以IP數(shù)據(jù)包的形式在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上進行實時傳送，每個數(shù)據(jù)包都有一個唯一的IP地址，通過IP地址可以在網(wǎng)絡(luò)中進行路由分配，將IP數(shù)據(jù)包送到需要傳送的目的地址［1］。由于背板上只提供網(wǎng)絡(luò)信號線和電源線，因此很容易實現(xiàn)錄取顯控終端各功能電路板的通用和互換，且多塊板之間的交互變得簡單。

(2)板級設(shè)備的物理安裝更為靈活。由于各電路板之間采用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，只要網(wǎng)線足夠長，就可實現(xiàn)遠程互聯(lián)。如將需要與雷達接口連接的單元放在雷達天線附近，而把和雷達操作人員交互的其他終端電路板放在遠端，中間只要通過網(wǎng)線或者光纖互聯(lián)就可以。安裝簡單靈活，且人員的安全性能得到保障。

2 基于IP的雷達錄取顯控終端

2.1 硬件功能組成

基于IP的雷達錄取顯控終端的硬件組成，如圖1所示。系統(tǒng)由雷達接口單元、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板、檢測錄取數(shù)據(jù)處理板、網(wǎng)絡(luò)存儲單元、顯示控制板和電源模塊組成。

為了能夠讓終端的電子機箱單元盡量做到通用，將根據(jù)每部雷達的特點進行接口適配，雷達接口單元單獨放置在電子機箱外面，此時電子機箱單元就變成了一個可以處理雷達網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通用終端設(shè)備。

圖1 硬件組成框圖

2.1.1 雷達接口單元

雷達接口單元主要功能是將雷達的視頻信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號，然后，以IP數(shù)據(jù)包的形式送給電子機箱單元的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板。由于不同雷達的信號特征各不相同，故雷達接口單元無法做成通用設(shè)備，所以將雷達接口單元從電子機箱單元中獨立出來，這樣能保證電子機箱的絕對通用［2］。

2.1.2 顯示控制單元

顯示控制單元主要負(fù)責(zé)進行雷達回波，用戶交互界面的顯示，以及協(xié)同操控單元對用戶的干預(yù)命令實現(xiàn)相應(yīng)操作，界面功能和原傳統(tǒng)雷達終端功能相似。

2.1.3 檢測錄取數(shù)據(jù)處理單元

檢測錄取數(shù)據(jù)處理單元主要負(fù)責(zé)對雷達視頻數(shù)據(jù)進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，如目標(biāo)檢測、錄取、航跡跟蹤等。在雷達數(shù)據(jù)處理運算量比較大的情況下，可以考慮采用兩塊以上處理板并行處理。

2.1.4 網(wǎng)絡(luò)存儲單元

網(wǎng)絡(luò)存儲單元是基于IP包的數(shù)據(jù)記錄存儲器，實現(xiàn)記錄、保存、參數(shù)調(diào)用、回放等各種功能。終端中的每個IP節(jié)點設(shè)備都可以對網(wǎng)絡(luò)存儲單元中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進行訪問。

2.1.5 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換單元

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換單元實際上就是一個網(wǎng)絡(luò)交換機。終端機箱中所有功能模塊的網(wǎng)絡(luò)都接在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換功能。此外網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板還負(fù)責(zé)對外的網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)電子機箱和外部數(shù)據(jù)(如指揮所)的網(wǎng)絡(luò)通信。

2.2 工作流程

終端工作時雷達接口單元采集雷達前端的視頻、方位、觸發(fā)以及雷達的操作命令、故障情況等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分割打包，以UDP網(wǎng)絡(luò)包的形式發(fā)送到千兆以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板接收網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)睦走_數(shù)據(jù)包，將其發(fā)送給顯示控制單元用來顯示雷達回波;發(fā)送給檢測錄取單元，用來對雷達回波進行檢測和目標(biāo)跟蹤錄取;發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)存儲單元，用來對雷達的回波進行保存。同時，檢測錄取數(shù)據(jù)處理單元將處理后的檢測視頻和錄取后的目標(biāo)信息送給顯示控制單元用于顯示，工作流程如圖2所示。

圖2 基于IP技術(shù)的通用雷達錄取顯控終端處理流程

3 存在的問題

基于IP的雷達錄取顯控終端優(yōu)點是通用性較好，且安裝、調(diào)試、維修以及系統(tǒng)擴展升級都變得非常簡單方便，但其缺點是:

(1)網(wǎng)絡(luò)的實時性沒有原先并行總線那么好，因為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有一定的延時。解決辦法:通過在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包中加入時間戳的方法，用時間戳來同步數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的延時造成的不同步減小到可以接收的范圍［3］。

(2)網(wǎng)絡(luò)有丟包和阻塞的現(xiàn)象，會影響雷達數(shù)據(jù)的正常傳輸，甚至使網(wǎng)絡(luò)突然癱瘓。解決方法:通過減小每個網(wǎng)絡(luò)包的大小或增加適度的發(fā)送延時，犧牲一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬來減少網(wǎng)絡(luò)丟包和阻塞的現(xiàn)象。也可根據(jù)數(shù)據(jù)包的特點，將頻繁突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包和持續(xù)穩(wěn)定傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分在不同的物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸，就可以大大減小丟包或者網(wǎng)絡(luò)阻塞現(xiàn)象［4］。

4 結(jié)束語

基于IP交換的技術(shù)已成功應(yīng)用于已裝備雷達的錄取顯控終端上，運行可靠穩(wěn)定。實際應(yīng)用表明這種基于IP的通用雷達終端大大減小了硬件人員的設(shè)計和維護工作，只要更換雷達接口單元和相應(yīng)的軟件模塊就可方便地移植到其他雷達中。由于預(yù)留了多個擴展槽，為系統(tǒng)功能的擴展提供了硬件基礎(chǔ)。主處理槽和擴展槽各自通用，當(dāng)需要大量數(shù)據(jù)運算的時候，可以通過多臺計算機并行處理，系統(tǒng)內(nèi)、外的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交互實現(xiàn)共享，大大提高了終端的處理能力。

［1］ 楊小軍.某光柵掃描雷達實時顯控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)［J］.火控雷達技術(shù)，2004，33(3):62-65.Yang Xiaojun.The design and realization of the real-time display and control system for a raster-scan radar［J］.Fire Control Radar Technology，2004，33(3):62-65.

［2］ 孫凌楓，范震坤.基于IP廣域網(wǎng)絡(luò)的機動式系統(tǒng)互連實現(xiàn)［J］. 信息化研究，2013，39(2):34-39.Sun Lingfeng，F(xiàn)an Zhenkun.The realization of maneuvering system interconnection based on IP wide area network［J］.Informatization Research，2013，39(2):34-39.

［3］ 錢 杰.基于多播技術(shù)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的傳輸［J］.現(xiàn)代計算機，2007(9):138-140.Qian Jie.Implement of real time data transmission based on multicast［J］.Modern Computer，2007(9):138-140.

［4］ 朱曉梅，郭宇明，牛立君.基于IP多播視頻系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2006，19(8):56-58.Zhu Xiaomei，Guo Yuming，Niu Lijun.Design and implementation of video system based on IP multicast technique［J］.Telecom Engineering Technics and Standardization，2006，19(8):56-58.