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标题 基于PC104的雷达主控单元检测维修平台
范文 张仲华++高晓庄++王大鹏



摘 要： 介绍了一种基于PC104的某型雷达主控单元检测维修平台设计方法，重点阐述了该平台软、硬件的设计思想和具体实现。平台选取高性能PC104嵌入式计算机主板作为控制核心，通过双端口存储器接口和ISA总线进行各个功能模块之间的数据交换和工作状态控制，外部设有操作面板、68芯检测面板。平台研制成功后，能够有效服务于装备教学和主控单元的检测维修。
关键词： PC104； 主控单元； 检测维修平台； 装备教学
中图分类号： TN957.51?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）03?0048?03
Detection and maintenance platform for radar control unit based on PC104
ZHANG Zhong?hua， GAO Xiao?zhuang， WANG Da?peng
（Radar Faculty， Wuhan Ordnance Petty officer School， Wuhan 430075， China）
Abstract： The design method of radar main control unit detection and maintenance platform based on PC104 is introduced. The design idea and implementation method of hardware and software of the platform are elaborated emphatically. The high?performance PC104 embedded computer mainboard is selected as the control core of the platform. The state control and data exchange among all the function modules are executed through ISA bus and dual?port memory interface. A control panel and a 68 core detection panel are designed outside the platform. The platform can effectively serve the teaching of Radar test equipment， and detection and maintenance for the main control unit.
Keywords： PC104； main control unit； detection and maintenance platform； equipment teaching
0 引 言
主控单元是某型雷达三大单元之一，它既是整个雷达站的信息处理和操控中心，同时又是对雷达接收系统送来的目标回波信号进行目标检测、识别、跟踪、偏差测量和二次显示等处理的关键设备。还可以对目标和炸点的数据经信息处理和计算后，输出到信息机，与射击指挥系统进行联合作战。
该单元主要由主控计算机分系统、信号处理分系统、终端显示分系统、专用键盘、面板控制装置、二次稳压电源（+5 V，+12 V，-12 V，+200 V）、电源控制保护电路、串行I/O通信接口等设备组成。
单元内部的80186主控计算机上装有雷达主控工作软件。通过分布在各系统模块中的I/O控制端口，主控计算机以集中控制方式调度和管理单元内外其他分系统及功能模块共同协调工作。
主控单元的工作过程完全受内部主计算机板和主控软件的管理和控制。正常工作时，通过主控台的控制面板和专用键盘，可以进行雷达六种工作状态的操作控制和工作参数的调整，以及人机对话数据的输入、装定、选择等操作。
随着计算机信息技术和集成电子技术的不断发展，雷达装备操作使用的信息化、数字化程度日趋复杂，信号处理、终端控制、故障检测等技术不断升级，集成化程度不断提高，对雷达岗位任职人员的信息化操作能力和保障维修技能提出了更高的要求。因此，迫切需要培养电子信息基础好、专业知识素养高、实践操作能力强、装备维修技能高，能够适应信息化、数字化、一体化条件下雷达装备保障新趋势的专业岗位任职人才。然而，受各种条件限制，雷达装备在教学单位配备较少，目前，各个教学单位和培训机构雷达教学的培训层次多、任务重，使得雷达装备无法满足正常教学的问题日益突出。因此，研发雷达主控单元检测维修平台作为训练模拟器，配合雷达实装进行教学，能够有效丰富专业教学手段，充分缓解学生多，装备少的矛盾，一定程度上增加学生的实践上机课时，提高教学效率，强化学生的岗位任职技能。
PC104是一种嵌入式计算机平台，与PC机兼容，具有灵活的可扩展性，其尺寸小、功能强的特点非常适合嵌入式系统的应用[1?2]。而雷达主控单元检测维修平台作为雷达终端处理设备的模拟训练器，信号运算量大、算法复杂，要求高速、精确、可靠，需要一个处理能力强大的嵌入式平台，而PC104正好满足这一要求。
1 平台整体构架
本文从硬件组成、软件设计等方面阐述了某型雷达主控单元检测维修平台的整体设计构架。
1.1 硬件组成
某型雷达主控单元检测维修平台主要由主控单元控制组合、68芯测试面板、鼠标、键盘、主控单元19芯测试电缆盒等组成。硬件组成框图如图1所示。
某型雷达主控单元检测维修平台的功能模块包括主控计算机板、时序检查板和信号模拟处理板。外部设备主要由操作面板、68芯检测面板及液晶显示器等组成。
主控单元检测维修平台的控制核心选取由独立AC?DC电源模块供电的高性能PC104嵌入式计算机主板，采用ISA总线和双端口RAM接口总线技术，对主控计算机、时序检查和信号模拟处理等功能模块进行数据交换和状态控制，通过基于Windows操作系统的可视化检测软件，实现主控单元检测点信号的采集、分析、滤波和计算，完成工作参数及状态的最终显示，同时负责采集射频单元和方位控制单元的故障自检信息，送主控单元显示。
操作面板由平台开关、电源指示灯、高频信号测试接口等组成。68芯测试面板与主控单元68芯插座一一对应，设有68个铜制测试接头。
1.2 功能
主控计算机板是检测维修平台的控制核心，其中心处理部件为PC104。采用主从控制模式，在主计算机上运行控制软件，在子计算机进行实时数据交换，对雷达主控单元进行实时控制，完成与雷达操作人员的交互。
时序检查板是平台的时序控制模块，其主要功能包括：振荡产生频率为14.989 MHz的时钟信号并进行滤波处理和驱动放大，通过分频电路产生其他功能模块所需的各种时钟序列信号；通过双端口存储器和单片机完成与上位机的实时数据交换，利用单片机和模/数转换器，对输出电源进行实时监测，当输出电源的电压或电流信号偏离标称值超过±10%时，通过显示屏和指示灯显示电源故障，以实现对主控单元的电源管理[3]。
信号模拟处理板是平台的信号产生模块，在PC104计算机的控制下，通过并行接口完成与主控计算机板的数据交换，通过51单片机和MD8274完成与主控台单元的串行通信，根据主控台单元的控制指令，按照主控计算机板对目标特性的约定，产生目标多普勒Σ、Δ视频信号，同时具有BITE自检功能。
操作面板的高频测试接口可以进行14.989 MHz时钟信号和Σ、Δ视频信号的测试；68芯测试接头可以测试主控单元输出的各类信号。
1.3 软件开发与设计
平台软件总的设计思路是下位机以黑箱模式工作，采用模块化设计，尽量简化功能，减少对上位机的依赖，增强系统的可靠性[4]。采用WinXPE嵌入式操作系统作为开发环境，通过目标设计器、组件数据库管理器等WinXPE开发工具，完成检测维修平台系统软件的定制开发。开发后的系统具有启动速度快、增强写保护、人机界面友好等功能。
2 性能检测
某型雷达主控单元检测维修平台研制定型后，本文分别对电源模块的5种电源信号和信号功能模块的10种主要信号进行了测试，测试结果见表1，表2。
表1和表2的测试结果表明，某型雷达主控单元检测维修平台的电源模块和信号功能模块的主要信号指标均符合要求[5?6]；将检测维修平台与某型雷达主控单元连接后，主控单元的手轮和键盘操作响应以及各个工作状态功能正常，工作稳定，达到了预期设计的效果。
3 平台特点
某型雷达主控单元检测维修平台选取PC104作为控制核心，硬件资源丰富，支持多任务和WinXPE嵌入式实时操作系统，速度快，精度高，功能强大，可以有效运行复杂的雷达信号处理算法；采用主从控制模式与多计算机共总线分布式控制技术相结合，在提高数据传输的速度和精度的同时，简化了系统结构，减少了连线数目，提高了系统的可靠性，通过综合电源控制技术并利用FPGA、CPLD等先进电子元器件实现了较高的集成度，在保证实时性和可靠性的情况下，有效地减少了系统功耗，降低了成本。
4 结 语
运行情况表明，本文提出的某型雷达主控单元检测维修平台，一是作为训练模拟器，可以脱离雷达整机进行开关机、标定以及各种状态的操作训练和检测维修，能够服务于操作使用与维修课程的实践上机训练，也可以进行专业理论课程的内容演示，丰富了教学手段，创新了教学模式，为增加学生上机操作时间、提高岗位任职技能水平提供了新的途径；二是平台使用了高性能的数字电路和高效的故障检测软件，结合完善的外部设备，实现对雷达主控单元主要信号和技术性能的检测，检测项目覆盖主控单元的全部功能电路和电压及高频信号，故障定位准确迅速，虚警率低，可以用于某型雷达主控单元的检测与维修；三是平台建立了某型雷达操作控制单元全系统的电路仿真模型，能够完全实现该型雷达信号处理、视频处理、终端控制等工作技术体制，便于教师进行雷达工作原理和信号检测的演示。通过某型雷达检测维修平台在教学及实际训练中的应用，证明了其合理性和实用性。
参考文献
[1] 陈勇，刘晓平，应怀樵.基于PC104的高性能便携式数据采集系统[J].测控技术，2009（1）：213?215.
[2] 杨公勋，屈鹏宇.基于PC104工控机的嵌入式直流监控装置的设计[J].工矿自动化，2002（2）：25?27.
[3] 张仲华，张鹏，汪巍.雷达组合式教学平台的研究与开发[J].现代电子技术，2013，36（5）：34?36.
[4] 张蓉，邓搪，王磊.基于PC104的时序控制系统设计[J].计算机工程，2011（1）：59?61.
[5] 胡安平.PC104在工程中的应用[J].电子产品世界，2002（15）：15?18.
[6] 丁泽刚，高阳特.轨道SAR创新实验教学平台构建[J].实验技术与管理，2011，28（2）：68?71.
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更新时间：2025/2/6 6:39:52