相控陣天線主控系統中實時數據交互

萬富力，楊嘉妮，謝 镕

（1.國網湖南省電力有限公司輸電檢修分公司，湖南 衡陽 421200；2.智能帶電作業技術及裝備（機器人）湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410000；3.帶電巡檢與智能作業技術國網公司實驗室，湖南 長沙 410000）

0 引 言

機載有源相控陣天線的深入研究中值得注意的一個問題就是在雷達休止期間對于各單元的檢查，以此為依據對在線的幅相分布開展實時的細節調整，確保天線的動態工作所做的特性能夠維持穩定。為了實現空中預警的目，雷達使用了大功率脈沖工作的方式，以往較為常規的測量設備難以完成該任務，這就要求必須尋找新型的測試設備，并且進行調試。

1 分布式無線波束自動控制管理系統

1.1 波束自動控制系統結構

相控陣天線陣列波束控制的處理系統主要由分布式天線拓撲系統所構架，各個主控陣的系統主要對工作進行當中的實時性天線調度以及遠程方式權限控制進行負責和支配，其中主要還包括實時的接收天線所發出的各種信號。將其發送到各個控制陣子控制系統當中，方便天線順利完成對于處理命令的工作，實現對各個主控天線系統陣列的控制，獲得實時數據。兩級分布分管主控天線控制矩陣子系統分別位于各個主控天線系統控制子陣上，并分別負責實時控制各個單元主控天線波束相位的工作所提供的參數是否符合要求。各個分部主控制陣所使用的天線波束相位控制系統的邏輯計算方式與天線波束控制相位處理的計算邏輯都極為相似，所設計中的天線工作量是不會隨各個主控天線系統陣列具體表面的天線面積不斷增加而上升[1]。

系統根據數據通信傳輸介質的不同可以分為以太網和在微控制器上的局域網絡以及總線。以太網所具有的數據通信技術具有高效性、開放性和準確性的優勢，用于系統指控控制系統與各個主控制和子系統。控制管理系統通過數據協調來完成通信任務，最終達到系統底層所接收的有關數據控制的信息能夠精準地完成傳輸工作。上一級的現場控制數據信息和下級的實時控制具有密切聯系，唯有上下級的信息做到實時精準的傳輸才能夠確保系統的順利運行。

1.2 主控系統軟硬件體系結構

多任務實時調度系統采用了VXWORKS，通過對于優先級的設立方式來達到搶占片段式調度的快速高效切換，與此同時關于優先級的子任務間的功能分組和時間片段的調度切換更加穩定，4大類子任務之間的功能能實時地完成切換功能，使得最終實時工作所具有的效果得以充分展現出來，如此一來可以及時發現將由于出現單一的任務延遲調度導致的系統故障發生，進一步確保整體系統在運行過程當中的快速和穩定[2]。

2 相控陣衛星通信天線的特點

天線是衛星通信航天系統的重要結構部分，是連接通信站點和射頻衛星信號的數據輸入和信號輸出主要通道，天線通信系統整體性能的品質優劣直接影響整個通信衛星系統的整體性能。

相控陣列的衛星通信輻射天線系統就是一種通過測量控制陣列反饋電壓和相位改變方向來繪制天線形狀的通信天線。相控陣衛星通信專用天線通過改變控制天線相位，以準確達到相位波束指向相位掃描的主要技術目的。在特殊天線應用情況下，也就是通過相對天線的指向電壓高于水平、最小極大的數值時的指向位置和整個一條線的方向線在線中圖的具體指向形狀。用機械式的控制方法進行高速旋轉這條控制天線時，慣性大、速度慢，相控陣專用衛星通信天線正好有效克服了這一天線技術上的缺點。它的指向饋電系統參數及其相位一般通過采用小型的微電子天線相位控制計算機技術進行自動控制，相位波束指向掃描變化速度快（毫秒的一個數量級），這也是目前衛星專用天線最大的特點[3]。

3 多節點區域網絡無線通信

3.1 多節點區域網絡無線通信基本模式

VXWORKS實時網絡具有數目較多的實時無線通信處理功能，基于UDP協議的通信建立過程如下文所述。

創建一個接口函數SOCKET。接口函數可以利用一個名為SOCKET的類接口函數使它可以自動建設出與UDP類的接口套接字，使其返回出新型的套接字接口，并且通過文本進行描述，該接口文本類型描述符作為接口函數的唯一接口文本描述標識SOCKET，供其他函數使用接口SOCKET的函數類型接口函數和其他使用標準化的I/O的類接口函數運行。

本機配置函數SOCKET。本機調用BIND這個函數將本地主機的IP地址、端口號等相關信息直接捆綁到本機創建的套接字上。對于網絡系統當中所存在的各個節點，同樣也創始出與其相對應的本機套接字并對其施加綁定。

實現終端數據信息自動接收與傳輸。終端系統具有自主對SENDTO與RECVFORM函數調用的功能，該函數分別實現了向終端發送報文的自動數據信息傳輸，正確地實現與不同端口的終端自動報文數據信息傳輸。

關閉SOCKET。當所有的數據傳輸操作結束后，應同時調用指令CLOSE函數釋放套接字。

3.2 基于緩沖隊列的SOCKET 通信軟件架構

VXWORKS系統在使用者進行通信功能時，需要首先完成對于多任務的信息處理控制系統的命令執行，才能夠進一步完成對于通信功能的使用。實現循環連續中斷運行的自動中斷任務，主要功能包括個人的信息處理文件循環接收連續處理發送任務、信息處理文件連續解釋間接處理發送任務、信息處理文件連續執行間接處理發送任務和其他單個信息處理文件直接發送等任務。在特定用戶應用實際情況下才會有可能實現循環連續運行的自動中斷任務。為了有效保證重要緩沖信息的不定時中斷丟失，使用一個位于緩沖區的信息儲存，隨后再進行有關信息隊列的依次讀取并且執行相關命令。兩個緩沖執行隊列的端口同時運行，一個用于接收信息，另一個用于發送信息。結合任務的實際情況來設定其發送時間以及執行時間，或是將接收到的信息直接向外界進行傳送，為直接收發或與執行緩沖任務兩種任務的同時進行提供便利。若需要對所發信息開展特殊的信息處理操作，通過一個新的SOCKET緩沖發送隊列端口將其執行發送信息返回[4]。

為每個任務發送接收前和發送信息緩沖后的任務隊列和其他任務接收發送前和接收信息緩沖后的任務隊列創建與其相對應的計數型信號量，信息緩沖隊列中由接收后的其他任務自動進行調用每個信息數量SEMGIVE將其進行減或者加1，信號量的計算型數值及其大小分別代表了發送緩沖后的隊列中在信息系統中的每個任務信息數量解釋任務數量，只有僅僅是當某個信息數量解釋任務數量的統計值最小大于0時，SEMTAKE才可能有一個機會自動進行返回，使用了這個信息解釋數量進行解釋后的其他任務則其工作也很有可能被自動停止不再執行。

為了使控制軟件在工作中做到順暢以及高效，關于硬件定時器和中斷緩沖服務器任務相應的順序進行優化和更新，將所接收到的任務信息進行統計以及分析，以任務的緊急程度進行分級，對于緊急的任務優先發出指令，將緩沖任務設定定時并且放置隊伍的尾列。此種工作方式能夠在VXWORKS運行實時調度以及優先響應的多任務狀態中更加的合理化和高效化，充分滿足了系統對緊急任務進行優先級和響應的強烈需求[5]。

3.3 應用層通信協議

為了使得VXWORKS系統與其他的操作系統之間的通信網絡底層通信協議的整體進程更加規范，關于實際應用的底層通信協議的規范必須提上章程，規定特定命令位置上每個字符的基本含義，以便于保證系統下傳到的命令和用戶上傳到的信息之間能夠及時得到正確性的接收以及合理分析。有關發送方的邏輯地址中的符號字段高達16位，用于確定各個不同的發送方的邏輯接收地址各不相同，此種發送方式與實際用戶中所使用的IP地址有所不同，同樣的，接收方的邏輯地址符號字段與發送方相同也具有16位，用于確立每個接收方都有唯一的邏輯接收地址。

4 結 論

為了使得相控陣天線能夠具有快速性以及精確性的兩者相互轉換的功能，本文主要針對于分布式天線拓撲系統構造的嵌入式進行深入研究，并對于實際操作展開了分析，根據實際情況科學合理地設置了兩級分布式天線波實時控制系統的應對系統，設計了一種基于系統緩沖程序隊列的多節點網絡通信處理方法，并根據所需的功能設計并嚴格制定出了符合底層通信的協議。此種通信處理方式，使得系統的程序隊列得到了友善的緩沖，具備了穩定的特點，可以在面對緊急任務時，高效完成緊急任務的處理，對不重要的因素進行延后的命令，系統性規避了由于簡單任務之間的通信延遲所導致的主系統出現安全故障的問題發生的幾率，基于VXWORKS系統與其他的中性之間構建起了高效并且科學合理的多節點通信網絡進行通信。