摘要：雷达教学实验平台采用全相参，脉冲多普勒，捷变频的工作体制，通过硬件电路展示雷达工作原理，雷达部分工作狀态（例如：STC开启/关闭、中频放大增益等）可调，部分关键位置参数可测，可设置典型故障；通过文字、图片、动画等方式实现原理讲解，与硬件结合，引导学习；可模拟故障进行排故训练及考核。

利用RS422实现串口通信，利用UDP实现网络通信，利用PCI-1730U实现TTL控制，硬件电路结合软件仿真技术，实现教学系统的真实、全面及实用性。

关键词：全相参；RS422；UDP；PCI-1730U

引言

本文旨在根据雷达原理，搭建一种雷达教学实验平台系统（以下简称为“实验平台”）。该实验设备可以演示雷达的基本构成、信号产生方式、信号逐级传输处理过程，实现硬件级故障模拟，配合原理讲解课件，达到基础原理教学目的。贯彻执行通用化、模块化设计思想，结合软件仿真技术，实现教学系统的真实、全面及实用性。

1雷达教学实验平台系统总体设计

1.1雷达教学实验平台系统功能

雷达教学实验平台系统：通过硬件电路展示雷达工作原理，设置测试点，允许对雷达部分工作状态（例如：STC开启/关闭、中频放大增益等）进行调整，可设置典型故障，实现硬件级故障模拟，并对故障排查过程进行考核；通过文字、图片、动画等方式，讲解雷达基本工作原理，与硬件结合，引导学员动手测量，观察信号逐级变化过程。

1.2雷达教学实验平台系统组成

实验平台采用全相参，脉冲多普勒，捷变频的工作体制，原理如图1。

共分为显控分机、发射分机、接收分机、天线与微波分机、电源模块五部分，如图1所示。

（1）显控分机主要功能：实现雷达回波数据、角度、速度距离等雷达状态的显示，对实验平台实现操作控制功能。

（2）发射分机主要功能：产生信号并放大到足够大的功率，满足信号发射的功率要求。

（3）接收分机主要功能：对接收的信号进行下变频，滤波，放大；完成对中频信号的放大，滤波等功能；对各路通道信号进行检波处理，获取目标参数。

（4）天线与微波分机主要功能：控制天线转动，真实呈现雷达工作过程中，天线与伺服系统的工作模式。

（5）电源模块主要功能：提供各分机工作所需要的电源，通TTL电平控制开关实现电源故障的模拟。

实验平台软件组成及各台之间数据传输，如图3、图4所示。

本论文的主要工作是设计并实现导控软件、接收分机控制软件、发射分机控制软件的编写，以下统称为控制软件。

2控制软件的设计与实现

2.1导控软件流程

（1）对网口进行初始化，开启网口数据监听线程、显示控制监听线程；

（2）操作人员通过人机交互界面进行操作，显示控制监听线程会监听到界面有人机交互操作，识别相应操作，进入数据解析及指令生成模块。

（3）显控分机、发射分机、接收分机通过网口向导控软件发送状态上报报文、故障提交报文，网络数据接收监听线程会监听到网口有数据传入，接收数据，进入数据解析及指令生产模块。

（4）数据解析及指令生成，判断数据来源并根据相关协议进行相应处理

2.2发射分机、接收分机控制软件流程

（1）对串口、网口、TTL进行初始化，开启串口数据接收监听线程、网口数据监听线程、显示控制监听线程；

（2）显控分机通过网口向发射/接收分机发送网络报文，网络数据接收监听线程会监听到网口有数据包传入，接收网口数据，进入数据解析及指令生成模块。

（3）实验台内各模块通过串口发送串口数据，串口数据接收监听线程会监听到串口有数据传入，接收串口数据，进入数据解析及指令生成模块。

（4）操作人员通过人机交互界面进行操作，显控监听线程会监听到界面有人机交互操作，识别相应操作，进入数据解析及指令生成模块。

（5）数据解析及指令生成，判断数据来源并进行相应处理。

2.3控制软件相关配置

2.3.1网口配置

采用UDP协议，模拟系统网络各节点采用C类IP地址，其子网地址是192.168.2.0，子网掩码是255.255.255.0，各节点IP地址、端口号如表1：

2.3.2串口配置

本系统中，各模块与上位机的接口采用RS422串口实现，各模块端口号如表2所示。

2.3.3 TTL配置

本系统采用PCI-1730U实现TTL控制，线性电源每路输出通过TTL均可单独控制，实现每路电源故障模拟。发射实验台可模拟电源故障6路，接收实验台可模拟电源故障3路。

PCI-1730能够提供隔离数字量输入通道和隔离数字量输出通道，隔离保护电压可达到2500VDC，所有输出通道都提供高电压保护。

3实验平台测试

3.1导控软件测试

导控系统是为教员配备的高级教学引导系统，可实现对雷达实验平台的控制，可实时监测各分机工作状态，可下发目标指示，可设置故障。本系统在考核过程中可实时监测学员的操作过程，为教员对学员的考核提供参考。导控软件启动后，界面如下图8所示：

界面功能简介：

左侧实时状态栏：分别显示显控分机、发射分机、接收分机状态，绿色在线，灰色离线。

左侧目标信息装订：包含预定义雷达目标8种，首先需要引导的指向器（显控分机）在线且处于“导控”状态，然后点击对应目标按钮，按钮背景变为绿色，再点击【开始引导】按钮，即可进入引导模式，退出引导模式则点击【结束引导】。

中间设置故障栏：1、选择故障点，在右侧会出现相应原理图；2、故障最多可同时设置三个，每次只下发一个故障，当收到排故正确上报信息后，间隔5秒再下发下一条故障，直至全部排故结束；3、点击【取消故障】按钮，可取消所有故障，各分机恢复正常工作状态。

右侧故障考核栏：左侧表格记录老师下发的故障名称、学员排故操作后上报的故障名称及上报用时，此次排故上报错误则该条上报记录标红，正确则标为绿色。当学员排故正确时，排除的故障会在右侧表格记录故障名称、排故时间以及错误次数。当学员故障无法排除，可在对应工作台选择结束上报，此时故障错误次数显示【未排】，方便老师对学员的操作进行考核。点击【清除列表】按钮可清除表格中记录内容；点击【记录存储】按钮会将考核记录保存成为数据文件存储至桌面考核记录文件夹。

3.2发射分机/接收分机测试

分机上电开机后，启动分机控制软件，界面如下图8所示，以发射分机控制软件为例：

界面功能简介：

左侧显控分机状态栏：显控分机状态，绿色在线，灰色离线。

左侧各模块状态栏：各组件状态，绿色工作正常，红色有故障。

中间选择故障点栏：1、故障点说明：对所选中的故障点进行具体说明；2、各模块故障点选择按钮；3、【故障上报】按钮将选择的故障点上报至显控分机；4、学生认为故障已完全排除时点击【排故结束】按钮。

右侧故障上报记录：记录显示故障上报时间、上报故障点名称。

4总结

本文从硬件设计、软件的设计与控制软件的验证等方面对系统设计与软件开发进行了详细的介绍，并给出了软件设计接口、开发的流程以及现场测试结果，在经过大量的调试，系统各模块间协作配合，达到了软件预期的效果，进而说明本次系统设计和软件开发的正确性。

参考文献

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（作者簡介：马启晟，硕士研究生，工程师；工作单位：中国电子科技集团公司第二十研究所）