嵌入式计算机在雷达终端中的应用卢冬

嵌入式计算机在雷达终端中的应用卢冬

卢冬

（西安电子工程研究所陕西西安710100）

摘要：显示和控制终端是雷达的重要组成部分，承担着人机交互，控制雷达工作，雷达数据录取，目标显示等任务。随着微型计算机技术和信息技术飞速的发展，在当前最新的信息技术基础之上设计新的雷达显控终端系统成为必然趋势。尤其是雷达显控终端功能设计的模块化和软件化，能够大大提高其通用性和可维护性，也易于系统改进和升级。基于此，本文主要对嵌入式计算机在雷达终端中的应用进行分析探讨。

关键词：嵌入式计算机；雷达终端；应用；

1、前言

在以往的雷达产品中，虽然数据处理分系统与雷达控制器的联系非常紧密，但由于集成度和技术上的原因，导致两个分系统分别独立。数据处理分系统在终端控制台，雷达控制器为一单独机柜，给相互之间的数据传输及维护，都带来很大的麻烦。随着产品间相互技术的发展要求、联系的紧密性要求，雷达控制器与雷达终端的集成也是必然的。嵌入式终端模块就是基于上述想法设计的，首次将雷达控制器集成在雷达终端中。雷达控制器通过计算机内部高速的总线，实现与数据处理计算机之间的通讯，利用雷达控制器上高性能的计算机来实现快速的运算及控制处理工作，为了满足不同体制雷达的要求，在设计中采用了可编程电路，大大提高了电路设计的灵活性与可靠性。

2、雷达显控终端硬件结构

在本雷达系统中，使用嵌入式计算机作为雷达的显示和控制终端。根据系统需要，要实现雷达双站在外场实测实验，如果使用通用计算机来与雷达其他部件构建系统，将带来很多不便。而采用嵌入式计算机，在其基础上，与波形发生器、中心控制器及信号处理机构建一个完整的嵌入式系统，并整体封装入机箱，可以保证系统的稳定性，同时也实现了小型化和便携化，能更方便的在外场实验和实战中使用。

2.1显控终端硬件选型

嵌入式计算机PC104-plus的高集成度和模块化结构适应于多种应用。它与PC/AT的兼容性能够大大地减少对雷达设计师的培训和开发工具的投资，与传统的基于芯片的处理机设计方法相比，嵌入式计算机在雷达终端系统的换代、生命期的延长、研制周期的缩短、可靠性和可维护性的提高以及降低设计成本和风险等方面部具有明显的优越性。其优越性包括以下几个方面：

PC104-plus开放式的体系结构保证了新技术、新产品的及时应用。即可不断地升级更高性能的CPU，与此同时可根据实际需要考虑有较丰富性能档次的CPU模块系列，更换外围接口、增强软件功能，使系统更新换代，功能扩展十分容易。

防止组件陈旧。由于计算机技术的飞速发展，基于芯片开发所面临的严峻问题就是关键元件不可避免地被生产商淘汰，PC104-plus由于其功能上的向上向下兼容性以及模块化的结构设计为防止部件陈旧提供了可靠的保证。

有利于提高可靠性和可维护性。

PC104-plus是成熟的商业产品，都是经过严格的质量检验的。通过一定的加固措施将之用于雷达终端系统中，有利于提高系统的可靠性。

PC104-plus产品具有标准的机械、电气和信号接口，及其易拆装的栈接结构，可确保互换性和现场可更换操作，提高了系统的可维护性。

使用研制好的模块化PC104-plus产品，只需选择和配置现成的模块，缩短了开发周期和产品上市时间。

采用成熟的技术降低了风险和设计成本。

PC104-plus与PC/AT完全兼容，可及时采用成熟的优秀软件产品，可进一步地实现终端系统中各功能模块的升级，在不增加硬件成本的前提下提高系统的指标和性能。

2.2显控系统结构

以嵌入式PCM-9370为主平台组成显控终端系统，并通过PC104-plus接口、RS/232串口与雷达系统的信号处理机、中心控制器实现接口，实现雷达处理数据的传输和雷达控制。显示终端LCD通过SVGA与PC104-plus接口，触摸屏构成雷达整机。

PCM-9370嵌入式计算机除了其支持PC104-plus接口这一显著特点外，还完全支持通用计算机所有功能。包括支持SVAG显示模式，支持以太网接口，支持音频输出，EIDE硬盘接口，PS/2接口的鼠标键盘或触摸屏，软盘驱动器，USB接口等等，能够很好的实现显控终端的各种功能。

3、雷达显控终端软件设计

3.1操作系统的选择

本系统中雷达显示控制软件不但要完成各种复杂的雷达控制功能和部分运算任务，同时还要担负数据实时记录、实时显示的工作，所以它是典型的多任务软件，必须有多任务操作系统的支持，同时对实时性有较高要求。目前常用的多任务实时操作系统大都是专用操作系统，如：VxWoks，DeltaOS等，其最大的缺点是不能使用基于Windows的大量成熟软件技术，在进行应用软件开发时，增加了开发的难度和周期。

Windows操作系统是Microsoft公司推出的多任务操作系统。Windows平台具有两个典型的持征：其一是图形用户界面（GUI）；其二是与设备无关的图形接口（GDI）。在图形用户界面中，系统提供窗口、菜单、对话框等用户接口对象。由于有Windows系统所支持，应用程序为建立和维护这些对象所得要的开销将很少，而且GUI使用户和程序间的交互变得更直观。

Windows程序并不直接访问图形设备硬件，而是由一个称为图形设备接口GDI的图形编程语言输出图形和格式正文。由于Windows采用了虚拟显示硬件，所以Windows程序能运行任何一种为Windows设备驱动模块可用的显示接口板和打印机等设备上，程序不需要知道连入系统的设备类型。也正是基于上述两点，现在的雷达显控终端大都趋向于选择Windows平台作为应用系统的设计环境。然而这里存在一个矛盾：首先，Windows是一个非实时操作乐统；其次，它提倡用户不要绕过Windows而直接访问内存或输入输出设备；而从雷达显控终端却是一个实时应用系统。因此，如果在Windows下设计显控软件时，必须采取特殊的实现方式，使Windows操作系统满足系统的实时性要求。

在Windows中包含有许多独立的线程，它是Windows中的一个可执行单元。线程有一个很重要的属性是线程的优先级。Windows内核就是按线程的优先级调度CPU时间的。从这种意义上说，Windows是实时操作系统。这一点对雷达数据处理软件的设计尤为重要。在Windows环境下编程，我们只要将实时性要求高的任务对应于Windows下的一个线程，其任务优先级则对应为线程的优先级，为该任务设置最高的优先级。这样就能保证实时任务的及时处理。

所以整个系统基于Windows设计，通过多任务、多线程以及线程之间的通信可以进行实时数据处理及通信任务。程序中除主线程外，共需要创建三个子线程（数据录取线程、数据存储线程、目标图形显示线程），分别完成目标数据的录入、数据的存储显示和目标图形的绘制。

3.2显控软件功能模块类设计

软件的开发采用VC++6.0工具。VC++6.0是集成开发套件VisualStudio6.0中的一个开发工具。使用VC++工具开发应用软件，可以使用Win32API函数来开发Windows程序，即使用SDK进行开发。另一种方法是可以应用MFC进行开发。用SDK的Win32API编写各种Windows应用程序，有其共同的规律：首先是编写WinMain函数，编写处理消息和事件的窗口过程WndProc，在WinMain里头注册窗口，创建窗口，然后开始应用程序的消息循环。MFC应用程序也不例外，因为MFC是一个建立在SDKAPI基础上的编程框架。但MFC对Win32应用程序编程接口和应用程序概念进行了封装，MFC框架自动完成Windows登记、创建等工作。大大降低编程开发的工作量，可以更多的将精力放在软件具体功能的实现上。

4、结语

本文根据双基地雷达实验系统的设计要求，设计实现了基于嵌入式计算机平台的雷达接收站显控终端系统。显控终端系统的设计包括雷达人机交互图形界面，雷达数据和图像显示，GPS同步数据和雷达控制参数的串行通信接口设计，信号处理数据的PC104-plus接口通信，多线程任务同步设计，数据库数据存储等功能模块的设计。在功能上满足了系统设计的要求，能够完成对雷达系统的控制和目标的显示。

参考文献：

[1]邱国华，史国庆相控阵雷达中实时雷达控制的设计方法[J.]现代雷达，2003，（6）：21-23.

[2]张晓平，王剑基于嵌入式系统的雷达控制器[J].现代雷达，2004（4）：35-37