国产器件的雷达伺服多通道通讯系统

1万 · 2023-1-20 14:47

1万 · 2023-1-20 14:48

雷达天线方位数据随着光电编码器技术的发展，方位精度也得到了提升，因此方位
全量码寄存器中数据变化速度也在加快。微控制器通过EXMC协议对FPGA内方位全
量码寄存器读取数值时，若直接读取方位全量码寄存器数据，往往会出现数据抖动问题。
本设计微控制器优先对地址偏移量进行写操作，当FPGA监听到写和片选信号后，将全
量码寄存器中数据存入临时寄存器中，等到监听到读和片选信号时，再从临时寄存器中
读取数据，保证数据不易出错。下面是微控制器与FPGA部分代码。

1万 · 2023-1-20 14:49

根据RS-422数据传输格式，示波器实测共有三根信号线，由上到下分别为使能信
号、数据信号和时钟信号。当开始发送数据使能信号拉高，每隔一个时钟上升沿传输1bit
数据，观察可知数据头字节信号为（1000 1011），校验码信号为（0001 1111），与发送
端数据吻合，符合设计要求，信号准确无被干扰情况。
对多路RS-422传输模块验证，实验使用三根RS-422转USB数据线分别接入PC
机，微控制器控制FPGA分别发送ID标志位分别为（8’h02）、（8’h03）和（8’h05）的
数据帧，接收端通过调节SSCOM软件串口号完成RS-422数据接收。SSCOM软件接收
串口数据如图5.9所示。

1万 · 2023-1-20 14:50

上位机调试软件使用某舰载雷达伺服项目调试软件。通过调试软件向系统发送控制
命令，然后系统根据驱动器协议转换命令，由CAN总线发送至驱动器驱动电机工作。
伺服调试软件包括极化组件、方位组件、纵摇组件、横摇组件、监控组件和机柜测试等
功能。在方位组件调试软件界面中，故障和状态显示位于调试界面左侧，主要由“监控
系统”采集各分系统状态数据，然后发送至上位机调试软件，工作状态若某器件发生故
障，该器件状态框会变红。雷达伺服控制人员在确保无故障显示后通过天线控制按钮发
送控制命令。雷达伺服调试软件“方位组件”界面如图5.10所示。

在使用伺服调试软件发送命令前，根据LWIP接口配置，对软件参数进行修改：目
标MAC地址设为02:10:15:14:13:06，IP地址设为192.168.57.150，端口号设为1025，
子网掩码设为255.255.255.0[50][51]。发送控制命令按钮在“方位组件”的“天线控制”子
模块。“天线控制”模块如图5.11所示。

1万 · 2023-1-20 14:50

使用调试软件先后点击“天线停”和“天线9转/分”按钮，电路板将接收到的命令
通过USBCAN-E-U器件发送至驱动器（由PC机模拟驱动器，CANTest软件接收）。
CANTest软件接收界面如图5.12所示。

1万 · 2023-1-20 14:51

观察CANTest软件接收界面得知，CAN总线共发出2个数据帧，根据4.4.1.2小节
中CAN总线数据格式设计和驱动器报文格式分析。微控制器发送帧ID为“0x601”，第
一个数据帧中，“0x13”为驱动器头字节、“0x0201”为代码、“0x01”为子代码、“0x0000”
为控制字数值，查询驱动器头字节、代码、子代码和控制字数值表，可得CAN总线向
驱动器发送“天线停”指令。第二个数据帧中，“0x13”为驱动器头字节、“0x0201”为
代码、“0x02”为子代码、“0x0003”为控制字数值，查表得命令为“天线9转每分钟”。
CANTest软件接收数据与上位机调试软件发送指令一致。
测试表明，上位机伺服调试软件中“方位组件”发送天线工作指令，由微控制器通
过CAN总线准确转发至驱动器，满足雷达伺服控制逻辑功能。

1万 · 2023-1-20 14:52

雷达伺服机柜的传感器和自动化设备规模和复杂度不断
增加，对伺服控制系统的数据传输要求提出严峻考验。同时随着半导体进口限制越来越
严苛，实现雷达伺服国产替代，保障国防信息安全迫在眉睫。本文研究开发的基于国产
器件雷达伺服多通道通讯系统主要完成以下内容：
（1）以雷达伺服分机工作原理为切入点，分析雷达伺服控制系统工作需求，提出
雷达伺服多通道通讯系统总体设计方案。系统采用MCU+FPGA架构进行开发，同时完
成了处理器国产替代选型，并以此为基础设计了多通道通讯系统的总体架构。最后分析
系统通讯协议，为后续研究开发提供技术支持。
（2）本文根据多通道通讯系统的总体架构，完成了硬件平台设计。采用模块化设
计，将硬件平台主要分为GD32F407VGT6模块、JXCLX25-668模块、时钟模块和电源
模块，其中GD32F407VGT6模块和JXCLX25-668模块又分别拓展了CAN总线接口配
置、以太网RMII接口配置、JTAG接口配置和RS-422接口配置、PROM接口配置。最
后叙述了PCB布局布线设计流程和实物静态测试。
（3）本文完成了雷达伺服多通道通讯系统的逻辑开发。根据系统多通道通讯需求，
设计雷达伺服控制系统逻辑架构，完成了控制指令从上位机发送到天线接收的整个流
程。基于EXMC协议实现了微控制器与FPGA之间通讯设计。FPGA拓展设计了多路
RS-422通讯接口，实现了伺服机柜分系统间的数据传输。微控制配置以太网RMII接口
和CAN总线接口，实现了上位机控制驱动器驱动天线的数据传输。
（4）最后对电路板进行系统测试，介绍了测试内容、测试过程和测试结果。首先
根据多通道通讯系统逻辑功能搭建测试平台。然后利用示波器测试硬件平台电源、时钟
和功耗的电气特性。最后验证了微控制器与FPGA之间的通讯信号，模拟了3路分系统
通过RS-422完成数据传输，完成了上位机控制指令到驱动器接收的通讯功能。各项指
标均满足设计要求。

1万 · 2023-1-20 14:52

国产器件的雷达伺服多通道通讯系统能够实现接收、处理和控
制不同自动化设备的数据传输，满足多类别通讯协议传输需求。但是系统在以下几点仍
然具有改进的空间：
（1）本论文设计的系统采用MCU+FPGA架构可使用北京京微雅阁公司的CME-M7
系列全可编程片上系统代替，芯片内集成ARM Cotex-M3 32位RISC内核嵌入式处理器
和高性能FPGA单元，拥有大量外设和拓展接口丰富，FPGA挂在AHB总线实现可实
现更快速的片内总线，拥有更小的体积和更低的功耗，同时也降低了最小系统主控芯片
的设计难度。
（2）本文的雷达伺服控制各分系统之间的数据传输都是采用点对点的传输方式，
在实际工程应用中若某一器件出现故障都可能导致该模块瘫痪。下一步的主要研究内
容：双电机冗余热备份雷达伺服控制系统。系统采用双电机调节工作，保障伺服控制精
度；数据传输采用冗余备份，保证系统工作中任意器件发生故障都不影响雷达伺服正常
工作，提高雷达可靠性工作。

2万 · 2023-1-20 14:54

学习学习！

国产器件的雷达开发

只看该作者 · 2023-1-20 15:00

请问一下这个雷达是机械扫描加相控阵扫描吗？

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