基于以太网的雷达发射机控制与保护系统设计

基于以太网的雷达发射机控制与保护系统设计
洪远刚;肖剑;邓凤军
【摘要】With the development of high power radar transmitter technology, the requirement to control and protect radar transmitter has become higher and higher, and the real-time and high-data and high-credibility requirement of parameter collection begin higher and higher. The routine design method of Serial/Parallel communication faces challenge, in order to solve the above problem, the composition of Ethernet and its application to the control and protection system of Radar transmitter are discussed in this paper, and the good effect have gained in engineering practice.%随着大功率发射机技术的发展,发射机的控制和保护要求也越来越高,各模块的参数采集与传输的实时性、高数据率和可靠性要求越来越高,传统的基于串行通讯的控保系统面临挑战.为了解决上述问题,本文设计了一种基于以太网的控保系统,在工程实践中,取得了很好的应用效果.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2012(031)021
【总页数】2页(P228-229)
【关键词】雷达发射机;以太网;发射机控制和保护
【作者】洪远刚;肖剑;邓凤军
【作者单位】中国卫星海上测控部,江阴214431;中国卫星海上测控部,江阴214431;中国卫星海上测控部,江阴214431
【正文语种】中文
【中图分类】TN959.51
0 引言
在发射机的工作过程中，需要对各种参数进行监测，以便系统操作员及时了解发射机的工作状况。

一旦发现故障，需自动或人工干预，并及时进行保护。

参数监测一般是通过发射机监控台上的各种电压表或电流表、指示灯或示波器等仪表显示。

现代发射机大多遥控操作，为便于主控制操作员及时了解发射机的工作状况，传统的控保系统通常采用串口通信接口将被监测参数传送至雷达主控制台[1]，并通过串
口接收主控制台发送来的各个指令。

由于采用的是基于串口通信的信息传输模式，系统的数据率及可靠性不高。

随着发射机技术的发展，发射机数字化、集成化、模块化和自动化程度越来越高，需要监测和控制参数的种类与个数有时可能达到几千个以上；传统的串口通信是一种适合于点对点、数据率较低的通讯方式，特别是多套发射机并行工作时，更凸现了其与现代发射机所要求的高数据率已不相适应。

高发射功率也是发射机的趋势，随之带来的高压、高温和高电磁辐射严重干扰了基于串口通信控保系统的可靠性和有效性。

近来，高速发展的以太网以其成熟的技术、高效的组网效率和高可靠性被成功地应用于各种处于严酷环境的工业自动化系统的组网设计中，本文设计的基于以太网的发射机控保系统，充分发挥了以太网的优势，在工程上取得了良好的效果。

1 系统组成
发射机控保系统按其功能可分为监控单元、数据传输单元、主控台单元三部分组成，如图1所示。

1.1 监控单元目前，发射机正往高度集成化、数字化和模块化方向发展，需要监测的参数随之大幅度增多，使用单片机已不能满足要求，必须采用分散检测和数据采集、集中显示的多机分层检测方案。

即将所有检测点分为若干个监控单元，每个单元有自己的CPU，完成本单元的故障点检测、采集和处理，并具备通讯组网功能，将处理后的数据发往雷达主控计算机。

目前，发射机的监控单元采用了标准工控机，与单片机比较具有如下优点：①标准总线的产品与PC机100%兼容，易于升级，并可根据不同要求提供不同性能的工控机；②标准总线的工控机软件相当丰富，由于工控机与PC机兼容，只要在PC 机上运行的软件都可以在工控机上运行，更重要的是有汉化软件，这是一般单片机难以提供的；③标准总线的工控机有各种网络适配器，支持各种通讯方式，因此可以构成较大的分布式控制系统；④标准总线的工控机采用模块化结构，各类模板齐全，因而使维修更加方便；产品的可靠性也有了大大的提高；⑤由于发射机的电磁干扰很大，对计算机的抗干扰提显得尤为重要。

标准总线的工控机一般都提供抗干扰指标，在设计前就得知计算机的抗干扰性能，这是采用单片机所不能提供的。

根据以上工控机与单片机的比较，本文所设计的控保系统决定采用工控机作为监控单元的控制核心，由于PC/104工控机体积太大，选用嵌入式工控机模块。

该模块具有很高的可靠性和很强的抗电磁干扰性能，进一步简化单元的复杂性，从而提高可靠性指标。

该模块支持标准的ISA总线，两串口，支持以太网，使用方便，可靠性高。

对于具体有开关量的输入、输出，差分定时信号的输入、输出，模拟量的输入，并支持以太网、串口、CAN总线通讯和显示接口的监控单元，监控单元组成框图见图2。

由该监控单元组成框图可见，监控单元中除了1个工控机和1片超大规模可编程
期间之外，剩下的全是I/O通道，省去了常规设计中的译码电路和接口芯片，将
这一电路移植到可编程器件中。

这也是该设计以往的一大改进，因为提高集成度，减少芯片的种类有利于增强抗干扰可靠性的提高。

1.2 数据传输单元如何完成多个节点高数据率的故障监测信号和控制信号的传输
是整个控制保护系统的关键。

虽然采用传统的串口通信可实现多点通讯，但通讯速率受节点影响，且扩展能力有限，不能适应多单元并行组网；而以太网以其良好的网络拓展性，较高的数据传输速率，可以很好地解决传统串口通信带来的数据传输瓶颈，在500米内的传输速率可达到10Mbps[2]。

另外传统的串口通信无法实现各通讯节点之间的信号隔离。

特别是在真空管发射机上使用时，由于发射机本身的强电磁干扰，可能会造成较大的共模电压，引起总线损坏，一旦总线损坏，整个雷达的通讯将全部损坏，这样就不能判断是哪个分系统引起的总线损坏。

但若采用以太网，这一问题便可迎刃而解，因为以太网是一种标准的、成熟的网络，其采用的信号变压器可以实现通讯隔离，具有较强的抗干扰能力，即使某一节点出现故障也不会影响整个网络的正常工作。

1.3 控制台单元发射机加高压时，有很强的电磁辐射，所以应当实现操作人员与
发射机的电磁屏蔽隔离，控制台单元主要实现发射机遥控状态下的开关机和发射机状态和故障的详细指示，是现代发射机控保系统的重要组成部分。

一般通过以太网接收各监控单元采集的故障监测信号，同时也通过以太网发送各分机的控制信号，从而实现远程遥控发射机的功能。

常用的控制台单元主要由一台能够联网的工控机、实时监视仪表和控制按钮组成。

工控机上装有监控软件，可以处理和显示从以太网上接收到的各分机故障监测信号，可以及时全面地反映发射机的工作状况，帮助操作人员判断和处理设备故障。

实时监视仪表一般用来实时监视发射功率和脉冲波形，用于辅助操作人员判断设备状态。

对于航天测控任务，每一秒钟都很宝贵，这就对发射机上功率、下功率和屏蔽故障
点的操作有很高的时间要求，控制台单元上的控制按钮就是为了实现一键快捷控制。

2 工程应用
某型雷达由2台发射机并行进行工作，其控制台单元可以实现对2台发射机的开
关机控制、使能信号的控制、定时信号的发出、故障信号的采集、快速保护、遥控功能和与雷达主控台的信息交换功能[3]。

每部发射机有相同的监控单元，2个监
控单元通过以太网与雷达控制台相连。

监控单元正是以PC/104为控制核心，采用模块化结构，主要由PC104主板、输入板、输出板、接口板等组成，其组成框图如图3所示。

在多次测量任务中，此型号雷达的基于以太网的发射机控保系统故障信号监测采集准确及时，数据传输稳定，确保了发射机正常稳定工作。

3 结束语
目前，雷达发射机正往高度集成化、模块化、数字化和高功率方向发展，采用基于以太网的控保系统可以很好发挥以太网传输数据率高、抗干扰性能好和组网效率高的优点，可以实时准确地监测发射机的工作状况，保证发射机安全稳定工作。

工程实践证明，此系统有很好的应用前景。

参考文献：
[1] 郑新,李文辉,潘厚忠.雷达发射机技术[M].电子工业出版社，2006.
[2] 胡道元.INTRANET网络技术与应用[M].清华大学出版社，1985.
[3] 韩本山.ML3108船载式脉冲测量雷达技术资料[M].中国电子科技集团公
司,2006.。