雷达伺服系统设计（精选12篇）
雷达伺服系统设计 篇1
摘要：本文介绍了雷达伺服系统的主要作用, 以及雷达中常用的传动机构、驱动元件、位置检测装置的工作原理、主要性能和设计及选用方法, 最后介绍了雷达伺服系统装置的性能参数检测方法。
关键词：伺服系统,执行机构,位置检测,误差分析,驱动电机
1 引言
伺服系统是控制雷达位置及各种运动参数的电子设备, 是典型的机电自动控制技术。“伺服系统”实际上是控制天线机械传动系统按设定的运动规律, 去自动地转动天线去捕获、跟踪目标或使天线转动到某位置。伺服系统也被称为“随动系统”。伺服系统与其他控制系统的区别是被控制的输出量是机械位移 (角位移) 、速度 (角速度) 或加速度 (角加速度) 。给定的输入量往往是小功率的信号。
2 伺服系统的设计
进行伺服系统的设计及分析时, 一般采用图解法可以清楚地表明伺服系统的构成, 各部分之间的相互关系, 及其信号传递情况的系统方框图称为伺服系统的方框图, 通常把某种功能的伺服系统称为“伺服回路”。常规产品一般有速度回路、位置回路、稳定回路等等。通过过方框图介绍了伺服系统中有关机电信息相互转换的主要通道, 以及执行元件和位置检测元件的功能和设计要求。
2.1 伺服系统闭环控制回路
2.1.1 伺服系统速度回路通道
速度回路的主要作用是控制天线跟踪目标速度的快慢。典型的伺服系统速度回路如图1所示:回路中电机为执行元件, 安装在电机轴末端的测速装置为传感元件。工作过程:伺服执行电机收到控制计算机的指令后, 启动电机, 电机经过减速箱驱动末级大齿轮, 并使天线跟踪目标;测速装置把速度信号反馈回伺服处理器, 与设定值比较, 获得误差信号, 再发给电机发出新的指令。
2.1.2 伺服系统位置回路通道
位置回路通道的功能是将伺服系统驱动天线转动后, 所处的位置由机械角度参数转换为电参数, 在传递到相应的模块, 变成位置控制参数或相应的显示设备。位置回路的几个通道及元件、设备如图2所示:
2.2 驱动元件及机械转动装置的选择
伺服驱动元件常用的有液压马达, 力矩电机, 直 (交) 流电机等。液压马达驱动力矩大伺服控制性能较好。技术难点是伺服控制分配阀生产调试较为困难, 需要配备专用的液压调设备。另外漏油问题解决难度较大, 限制其应用范围。力矩电机直接驱动天线转动最大优点就是没有减速传动装置, 避免了齿轮减速传动的精度误差和回差等影响, 扭转刚度较高, 相应的伺服机械机构设计的谐振频率也比较高。但受到驱动功率的现在, 适用于中小型雷达的驱动。直流电机驱动在精密跟踪雷达中运用比较多, 对各种类型、尺寸的天线均有比较成熟的伺服机械控制技术经验。对于天线转动要求比较简单的场合用交流电机比较多, 伺服控制、机械传动设计均不高。与驱动元件相匹配的机械减速传动装置有普通齿轮减速箱、涡轮轮杆机构、渐开线行星齿轮减速器, 少齿差行星减速器、摆线针轮行星减速器、谐波齿轮机构、普通丝杠和滚珠丝杠、同步齿形带等。
2.3 位置检测装置
伺服系统需要实时获取天线的位置信息, 要求在设计时考虑到精确的位置检测。常用的位置检测装置有: (1) 光电编码器的特点是精度高、分辨率高、可靠性较高, 最高分辨率可达27位, 但属于光学精密仪器, 不能耐较大机械振动和冲击, 否则会造成伤害。 (2) 旋转变压器的特点是结构简单、工作稳定可靠、抗干扰能力强、对环境要求低, 但精度不如光电编码器。 (3) 感应同步器其特点是对环境要求较低, 非接触式测量, 无磨损, 工作可靠, 使用寿命较长, 但只适用于线性测量, 不能用于角度测量。
3 伺服系统性能参数的检测
伺服系统性能参数主要包括转动惯量、摩擦力矩、传动误差及回程误差等。测量其性能参数的目的是检验传动链的性能是否满足设计要求, 并由此分析影响传动链的因素, 以便进一步提高伺服传动装置的性能。
4 结束语
伺服系统是雷达搜索、捕获目标并跟踪、测定目标所在位置及各种运动参数的电子设备。快速捕获目标, 按特定要求平稳跟踪目标, 并精确定位是雷达最基本的要求, 也是伺服自动控制设计和天线转动设计的基本要求。在雷达系统中常用伺服传动装置有:伺服驱动元件、传动机构和位置检测装置等, 其各部分的性能、匹配关系和控制策略决定了雷达伺服系统的总体性能。
参考文献
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[3]陈丁, 王放, 李婷婷等.通用雷达信号场景系统的研制[J].电子科技, 2014, 27 (06) :66+71.
雷达伺服系统设计 篇2
摘要：介绍了ADSP21161的结构及性能，主要讨论了其在连续波比相测距雷达中的应用。介绍了比相测距雷达的基本原理，分析以DSP为核心的雷达跟踪控制系统的硬件结构软件设计，详细讨论了软件部分的设计和实现。测试结果表明，整套系统较好地满足了设计要求。关键词：ADSP21161 FFT 连续波雷达 比相测距
连续波雷达具有测量精度高、设备简单等优点。连续波比相测距雷达继承了连续波雷达的固有优点，由于采用了FFT比相技术，不仅克服了一般连续波雷达测距困难的缺点，而且又便于利用现代信号处理的新技术。随着近年来低截获概率雷达发展的需要，其研究日益受到人们的重视。采用新的数字信号处理器件，不仅大大降低了雷达本身的设计复杂度，而且极大地提高了雷达的整体性能。
1 ADSP21161的主要特点
ADSP21161是美国AD公司生产的一款高性能的32位浮点处理器。在一个单独的芯片上集成了具有强大浮点运算能力的微处理器内核、1Mbit的零等待SRAM、多种形式的外部接口和独立的I／O控制器，构成了一个完整的系统；超级哈佛结构(SHARC)的CPU和高速指令Cache使得ADSP21161的指令均为单周期指令；6套独立的总线分别用于程序存储区(PM)和数据存储区(DM)，可以同时对PM和DM进行数据访问；经优化的DMA和中断的传输机制使得其与外部的数据交换独立且并行于处理器内核的运算过程；片内的主机接口和总线仲裁器可以使多片处理器无需任何附加资源即可构成多处理器阵列。该处理器适用于各种高性能的数字信号处理任务和构成多处理器阵列。
ADSP21161的主要特点包括：
(1)100MHz的内核工作频率；600MFLOPS(每秒百万次浮点运算)的浮点运算峰值；单片ADSP21161完成1024点复数FFT仅需92μs。(本网网收集整理)
(2)32位单精度(或40位扩展精度)IEEE浮点DSP处理器内核；有3个独立的关联计算单元(分别为算术／逻辑单元、乘法器和移位器)；完备的算术运算指令集；具有16个通用寄存器组；所有运算指令均为单周期指令；支持零等待循环执行和条件转移。
(3)片内集成2M／1M双端口零等待时间的SRAM存储器，该存储器分为程序存储器(PM)和数据存储器(DM)。双端口的设计使得DSP处理器内核、DMA控制器和I／O处理器能快速、独立地对存储器存取。
(4)两套相同的运算处理单元，支持单指令多数据流(SIMD)结构；利用并行的总线结构，在一个周期内可以执行一次乘法器运算和一次ALU运算，同时还可以对双端口SRAM进行一次读或者写的操作。
(5)两套相同的地址产生单元，有效地支持SIMD结构，支持循环缓冲区寻址、广播加载寻址和位反序寻址等多种寻址方式，非常适合用于数字信号处理。
(6)独立于处理器内核的I／O处理器具有DMA控制、存储器映射和与处理器外部通信的功能；14个DMA通道与双端口SRAM配合使用，实现了在内部存储器和外部存储器、外围辅助设备、主机、串行口、链路口之间的并行传输而不影响DSP处理器内核的运算过程；8个串行口和2个链路口构成的点对点的连接很容易构造多处理器系统。
2 比相测距雷达的基本原理
连续波比相测距雷达在频域完成目标的距离、速度等参数的测量，其基本原理如图1所示。假设发射两个频率为f0、f1且频差为△f的连续正弦波，其中△f = f1- f0。为了讨论方便，所有信号幅度均取为1。发射信号的两个分量的电压波形可分别写为：
由于多普勒效应，回波信号产生了频移。接收机将两个回波信号区分开来，通过混频、低通滤波、正交双通道处理、A／D变换，得到两个多普勒频移信号的时域离散表达形式为：
式中，T为数据采样周期；fdo／fd1为对应发射信号的多普勒频率；c为光速；R0为初始时刻的距离。
对x0(n)和x1(n)分别做FFF处理，搜索出谱峰位置。根据谱峰位置可求得目标的径向速度，求出谱峰位置的相位。利用两者的相位差即可确定目标对应的距离。
3 跟踪控制系统的软硬件设计
跟踪控制系统能实时给出目标的速度、距离、角度和信噪比等信息，并能对雷达伺服系统进行控制，以使雷达波束始终跟踪住目标。系统的设计主要包括硬件系统的设计和软件系统的设计。
3．1
硬件系统设计
跟踪控制系统硬件原理框图如图2所示，它主要包括数据锁存电路、FIFO存储电路、计数控制电路、DSP最小系统四大部分，其中DSP最小系统又包括ADSP21161、EEPROM和SDRAM三个主要组成部分。
前端的数据采集模块对雷达回波数据进行混频、滤波、A／D转换等一系列处理后，输出时域离散的多普勒频移信号。数据锁存电路对前端输入的离散多普勒频移信号进行锁存，将需要的数据写入FIFO存储电路。FIFO存储电路主要用于存储ADSP21161所需的处理数据，它要受计数控制电路的控制。当计数控制电路达到设定计数值时，FIFO停止写入数据，同时计数控制电路向DSP发出一个中断信号。测量开始的时候，ADSP21161从嵌入式微机接收一组控制参数，并对计数控制电路进行初始化。在接收到计数控制电路发出的中断信号时，ADSP21161开始从FIFO存储电路读取经预处理后的雷达回波数据，然后进行FFF等一系列的数字信号处理，最后得出目标的速度、相位差和信噪比等参数，并利用ADSP21161的主机接口将这些结果参数发送到嵌入式微机，计算出俯仰和方位误差角之后送往伺服系统，以使雷达始终跟踪住目标，并在终端上实时显示目标的有关参数。EEPROM用于存储ADSP21161的软件代码及程序所需的一些数据。SDRAM则用于解决实时信号处理过程中ADSP21161片内存储器容量不够的`问题。
3．2 软件系统设计
跟踪控制系统的软件流程如图3所示。所有的程序代码都存储在EEPROM中，系统上电后，ADSP21161通过BMS引脚信号自动选择EEPROM自动加载程序。
程序引导完成之后，ADSP21161首先通过双口RAM从嵌入式微机接收一组控制参数，主要包括FFT运算点数等。然后初始化计数控制电路，当FIFO中的数据达到运算要求时，计数控制电路给ADSP21161发送一个中断信号，此时ADSP21161才开始从FIFO存储器中读取经预处理后的目标回波数据。数据采集完成后，为了降低旁瓣，在FFT运算之前要对原始数据加窗，然后开始FFT运算。加窗所需的窗函数和FFT运算所需的旋转因子开始都放置在EEPROM中，在程序引导完成之后利用DMA将它们导入SDRAM。
根据实际使用情况的不同，为了达到最佳的处理效果，可以改变FFT点数。在1024点FFT等点数比较小的情况下，所有的处理都能在SRAM中完成，此时FFT采用按时域抽取的基-2算法。在16384点FFT等点数比较大的情况下，SRAM的容量不足以一次完成所有的处理，这时的FYT采用先频域抽取，再时域抽取，最后重新排序以得到FFT输出结果的正常位序。
ADSP21161能够直接访问SDRAM。但在FFF点数比较大的情况下，在SRAM和SDRAM之间经常有大量的数据需要交换，若采用CPU直接访问SDRAM的方式传输，不管是随机访问SDRAM还是以连续的地址访问SDRAM，在SDRAM最高工作频率为166MHz下的情况测试的结果为需要大约13个指令周期传输一个数据。如果采用DMA方式传输数据，同样的条件下，传输一个数据只需要一个指令周期。而且，采用DMA方式传输数据还可以充分利用DMA传输和CPU运算的并行性，从而进一步提高处理效率。另外，ADSP21161支持链式DMA，可以在不中断CPU运算的情况下自动传输多段数据。本系统中，数据的传输尽可能都采用DMA方式。
经过FFT处理后，雷达回波数据已经转换到频域。ADSP21161根据FFT的结果进一步估计出功率谱，在功率谱估计的基础上跟踪控制系统实现开始目标的捕获态或者跟踪。
在雷达刚发现目标的时候，不可能立即进入跟踪状态。这时雷达处于目标捕获阶段。此时，ADSP21161利用上面估计的功率谱，在嵌入式微机送来的初始速度窗内搜索谱峰、计算信噪比，利用给定的信噪比门限判断当前搜索到的谱峰是否为有效的速度点。若为有效速度点，则利用能量重心法进行谱校正，利用校正之后的谱峰位置计算对应的速度值，以得到更精确的实时参数；若为无效点，则说明雷达没有发现目标。利用这种方法，在得到几个连续有效的速度点之后，并经目标配准，才可认定目标捕获成功。为了防止低频干扰，不要在零频附近搜索谱峰。 目标捕获成功之后，跟踪控制系统转入目标跟踪的阶段。首先根据目标捕获所得的几个速度点，利用最小二乘算法估计下一时刻的速度点值，其中参与预测的速度点数和最小二乘预测的阶数可根据不同的应用情况而改变。然后ADSP21161利用所估计的功率谱数据和速度预测值，在以速度预测值为中心的某个范围内搜索谱峰，利用信噪比门限判断当前的谱峰是否为有效点。若连续出现几个无效速度点，则表明刚才跟踪的目标已经丢失，此时系统重新进入目标捕获状态；若连续出现几个有效速度点，则表明当前雷达对目标的跟踪状况良好。为了减小干扰，提高处理效率，可以逐步减小速度搜索的范围；为了准确地给出速度值，要舍弃距当前测量时刻时间较长的一些速度点，只利用最近的几个有效速度点来预测下一时刻的速度值。
除了前面提到的速度参数之外，ADSP21161还要根据搜索到的谱峰计算俯仰相位差、方位相位差、信噪比等其它参数，最后利用ADSP21161的主机接口将计算所得的结果参数送往嵌入式微机，在那里完成目标距离的测量和俯仰误差角、方位误差角的计算。
雷达伺服系统设计 篇3
摘 要：在L波段雷达站的供电系统的研究过程中，我们主要分析其在具体的设施电路过程中出现的一些雷击、操作、短路等问题。研究其产生危及L波段雷达站的原因，怎样通过一些技术来处理电压，从而有效的保障供电系统。针对这些问题主要结合电气设备进行革新装置，提高其供电系统的畅通运行，让人们懂得一些具体的防雷技术。本文主要研究分析了L波段雷达站的供电系统及防雷技术设计，告诉我们一些科学化的防雷知识。
关键词：L波段雷达站；供电系统；防雷技术；探析
1 概述
我们进行研究的阀式避雷器是一种结合电压采用多个阀片的办法进行设计的新型避雷器。通常情况下，这种阀式避雷器是与其具体的电压高低相匹配。在进行具体的研究过程中，我们主要结合避雷的方法，依据高压阀式避雷器在其工作中的串联作用，将长弧进行不同层次的分割，从而形成控制电压的目的。
阀式避雷器与一般的避雷器有所不同，它主要的工作原理在于通过一些具体的操作，形成一种自动化的控制系统。而其它的普通型高压阀式避雷器没有这种避雷器的工作效率高。
1.1 排气式避雷器 我们在研究排气式避雷器时，主要从其管型设计和工作期间的内部间隙开始，因为这种避雷器，是通过气管、内部间隙进行实际工作的，我们要将其在具体的工作中产生的一些误差给予预防，以免出现一些损失。
为了保证避雷器正常的工作，我们对其进行了科学化的设计，通过选择排气式（管型）避雷器，可以有效的控制开断电流，从而将有效的将其电压给予合理的调节，保证了开断电流的正常工作。
1.2 保护间隙 保护间隙又称为角型避雷器。在其具体的工作中，是利用了它简单的操作方法，以及它的经济使用价值低，具体的修理方面简单。可是它的实际维护方面较差，容易出现短路故障，从而造成开关跳闸等现象，甚至出现停电。为此，我们必须的采取一些科学化的设计方案来保护间隙的线路，以免发生一些电路的故障，从而提高其运转的可靠性。
1.3 金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器是一种高性能的避雷器。这种形式的避雷器也是通过阀片进行工作的类型，其具体的工作环境要求较高，这种避雷器不容易产生火花间隙。主要是电阻片由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的，它对于一些供电环境较差的地方，会产生一些绝缘性保护功能，因此，其利用的价值較高。
2 防雷的基本原则
雷电对设备的危害影响很大，我们通常情况下，主要采用的方法是结合雷电感应和雷电波的侵入等进行科学化预防，从而保障其不受雷电的干扰。为了有效的促进对雷电的科学化预防，我们必须从认识雷电的整个发生原理开始，掌握一些雷电知识，不至于出现遭受雷电的电击所带来的灾害。在日常生活中，被遭到电击的实例举不胜举，雷电不可怕，可怕的是没有找到如何不让雷电触及的方法，这时，就得依据雷电的情况进行防雷的科学化设计，从而有效的避免出现雷电事故。我们通过研究雷电事故后，可以发现，原来遭受雷电的原因主要在于一些安全防范不到位，一些设备不够科学化，容易造成雷电的导体，从而加剧了雷电的危害性。
3 防雷措施
3.1 架空线路的防雷措施 架空线路的防雷措施，主要在于通过一些科学化的设计来进行防雷。主要有4道防线。
①装设避雷线 其实我们认真总结后，发现如何进行防雷才是解决雷电袭击的重要内容。通常情况下，主要通过绝缘的方法进行，我们对一些容易发生雷电袭击的地方给予安装一些避雷设备，从而有效的降低雷击事件。一般可以通过高空和人口稠密的地方安装避雷线，有效的防止雷电事故。
②加强线路绝缘或装设避雷器 为了加强对线路绝缘和基本设施方面的研究，我们主要采取一些科学化的实施方案进行设计。通过对线路进行绝缘，采取完善避雷线接地的方法，从而有效的控制线路安全，另外，还可以通过在绝缘性较差的地方进行安装避雷设备，这是第2道防线。
③利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 为了改进线路的安全设备，通常情况下，我们主要依据线路在遭受雷击的情况下，改变一些线路的设施，从而为加强线路安全奠定基础。这是第3道防线。我们还可以通过一些绝缘设备来控制电压，从而保证其在具体的防雷过程中，及时进行有效的防护。
3.2 供电系统的防雷措施
①装设避雷针或避雷线 装设避雷针或避雷线以防护整个变配电所，使之免遭直接雷击。当雷击于避雷针时，强大的雷电流通过引下线接地装置泄入大地，在避雷针和引下线形成的高电位可能对附近的配电设备发生反击闪络。为防止反击闪络，则必须设法降低接地电阻和保证防雷设备与配电设备之间有足够的安全距离。
②装设避雷器 主要是用来保护主变压器，以免雷击冲击波沿高压线路侵入变电所。阀式避雷器与变压器及其他被保护设备的电气距离应尽量缩短，其接地线应与变压器压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地。在多雷区，为防止雷电波沿低压线路侵入而击穿变压器的绝缘，还应在低压侧装设阀式避雷器或保护间隙。
③高压电动机的防雷措施 高压电动机的绝缘水平比变压器的底。因此高压电动机对雷电波侵入的防护应是用性能较好的FCD型磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器，并尽可能靠近电动机处安装。也要根据电动机容量大小、雷电活动强弱和运行可靠性等确定保护。
第一类防雷建筑和第2类防雷建筑物中间派美好有爆炸危险的场所，应有防直击雷、防感应雷和防雷电波侵入的措施。第2类防雷建筑物及第3类防雷建筑物，应有防止直击雷和防雷电波侵入的措施。其他不需要装设防直击雷装置的建筑物，只要求在进户处或终端杆上将绝缘子铁脚接地即可。
4 结束语
雷电对雷达站的危害很大，我们通过一些具体的科学化研究，采用多种形式的方法进行预防，从而保证雷达站的正常工作。这对于加强防雷工作，从具体的设备开始，加强施工和管理维护工作，提高人们的防雷安全意识，逐步建立健全应急预案，从而为增强预防雷电袭击打下坚实的基础。总之，我们要高度警惕防雷工作，确保人们的正常生活安全。
参考文献：
[1]刘介才主编.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2]陈化钢主编.企业供配电[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[3]段建元主编.工厂配电线路及变电所设计计算[M].北京：机械工业出版社，1982.
搜索雷达终端系统设计 篇4
1 终端系统的功能与组成
雷达终端系统主要完成目标参数录取、数据处理、显示和控制等基本功能。是雷达系统中重要的人机交互界面, 是雷达操作员的主要控制设施。主要由显控处理机、信息显示器和输入装置三部分组成。
显控处理机由主处理机、图形控制器、通信网络接口、I/O接口组成。一般采用高性能计算机作为主处理机, 它具有较强的数据处理能力和支持网络通信接口、I/O接口的扩展能力。
信息显示器用于态势显示、状态显示、表格显示等。该显示器被设计为单台显示器, 一般使用高分辨率、彩色、液晶、加固的平板显示器。
输入装置主要包括数据输入装置、控制输入装置等。数据输入装置主要包括字符数字键盘, 用于系统初始数据输入、表格调用及控制台上的自由格式信息输入。控制输入装置包括各种控制按键。
显示和控制系统作为雷达指挥控制系统的主要人机交互界面, 一方面它将经综合后的各种情报信息以图形、数据、文字、信号及图像的形式提供给雷达操作员, 同时也接受操作员的决策和控制指令。终端系统在雷达的各个状态都是监视和控制中心。
现代雷达终端系统要在雷达信号处理的基础上判定目标的位置, 还要显示信号处理上报的目标距离、角度、经向速度等信息, 还需要对目标的信息进行滤波处理, 形成目标航迹。由于雷达终端系统是由雷达操作员控制, 因此, 雷达终端的设计要尽可能简单、使用方便。
2 终端软件设计
2.1 开发工具介绍
本文介绍的搜索雷达终端系统的软件是由Delphi7开发完成的。Delphi是美国Borland公司开发的可视化软件开发环境, 提供了方便、快捷的Windows应用程序开发工具。Delphi7的集成开发环境主要包括主窗口、组件面板、工具栏、窗体设计器、代码编辑器、对象观察器和代码浏览器7个部分。Delphi7最显著的特点是高效性和稳定性, 主要体现在以下4个方面:可视化开发环境的性能;编译器的速度和已编译代码的效率;编程语言的功能及其复杂性;丰富的VCL。
2.2 显示设计
本雷达终端系统采用单显示器, 软件显示窗口包括目标指示窗口和控制窗口。其中目标指示窗口主要显示目标的航迹信息, 控制窗口显示控制命令、选定目标信息和系统状态。
目标指示窗口分为两个子窗口, 其中一个界面显示目标方位和距离信息, 另一个界面显示目标的俯仰和距离信息。通过这两个界面可以得到目标的三维信息。
控制窗口分为参数设置、目标信息和系统状态三个子窗口。其中参数设置窗口由雷达操作员控制, 可以控制雷达系统的工作状态、寂静设置、工作频率、数据保存和数据回放。其具体参数如表1所示。
工作状态中的“快速扫描”是指雷达天线采用最快的转速, 这种情况下, 雷达的数据率较高, 适合目标较近, 需要快速刷新目标信息的情况。“正常工作”是指雷达运转在正常模式下, 天线转速适中, 雷达的数据率适中, 适合常规警戒时使用。“远区搜索”是指雷达天线采用最慢的转速, 这种情况下, 雷达数据率较低, 但是雷达信号积累时间延长, 雷达可以检测出更远距离的目标, 适合目标较远, 需要更早发现目标的情况, 或者是目标较小, 需要准确测量目标信息的情况。
而对于目标信息显示窗口, 在目标指示窗口中的方位距离子窗口选定目标后, 俯仰距离子窗口显示相应目标的俯仰与距离的关系, 同时目标信息显示窗口显示选定目标的距离、方位、俯仰、速度、目标类型等信息。
系统状态窗口显示搜索雷达的工作状态, 也可以在此窗口中预留扩展接口和菜单。
2.3 显示效果
经过上面的论述, 利用Delphi7开发的软件终端显示界面如图1所示。
从图1可以看出, 这种搜索类的终端界面左侧和右上部分为目标指示窗口, 其中左侧为方位距离子窗口, 右上部分为俯仰距离子窗口。右下部分为控制窗口, 分为参数设置、目标信息和系统状态三个子窗口。点击相应窗口栏显示相应的窗口信息。
3 结语
本文介绍了一种搜索雷达终端系统的设计。该终端界面采用Delphi7开发, 分为目标指示窗口和控制窗口两个部分。可以显示搜索雷达的探测范围, 导入地图信息后, 可以真实体现雷达的巨大功能。该终端系统设计简单, 操作方便, 可以满足简单的搜索雷达需求。
摘要：笔者设计了一种搜索雷达终端系统。该系统是重要的人机交互界面, 笔者在分析了搜索雷达终端系统的功能和组成后, 介绍了此终端系统界面的开发工具Delphi7。该终端界面分为目标指示窗口和控制窗口两个部分, 在说明了每个部分的功能后, 给出了整个终端界面的显示效果图。
关键词：搜索雷达,终端,delphi
参考文献
[1]杨长春.Delphi程序设计教程[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[2]刘代.基于Direct Draw的雷达终端设计[J].火控雷达技术, 2009 (1) :97-100.
路面雷达检测系统及其应用 篇5
路面雷达检测系统及其应用
结合黑龙江省多条高等级公路交工验收情况,详细阐述了IRIS-L2型路面厚度自动化检测系统的先进性及操作原理、方法.
作 者：邵培东 夏玉超 Shao Peidong Xia Yuchao 作者单位：黑龙江省公路工程质量监督站刊 名：林业科技情报英文刊名：FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：200941(1)分类号：U4关键词：路面厚度 面层 基层 稳定层 雷达检测
欧洲猫系统中雷达数据融合研究 篇6
关键词：数据融合;一/二次雷达;欧洲猫自动化系统;卡尔曼滤波算法
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0059-02
1 自动化系统中的数据融合技术
在自动化系统中的雷达数据处理包括很广泛的内容，这里指的是雷达在取得目标的位置、运动参数据（如径向距离、径向速度、方位和俯仰危等）后进行的互联、跟踪、滤波、平滑、预测等运算。
对雷达测量数据进行互联、跟踪、滤波、平滑、预测等处理，以有效地抑制测量过程中引入的随机误差，精确估计目标位置和相关的运动参数（如速度和加速度等），预测目标下一时刻的位置，并形成稳定的目标航迹[1]。
滤波器是雷达数据处理中的核心部分。它对目标的量测（与目标状态有关的受噪声污染的观测值），有时也称为测量或观测进行处理以达到下述目的：
①利用时间平均法减少测量误差;
②估计目标的速度和加速度;
③预测目标的未来位置。
这里我们只介绍运用在欧洲猫自动化系统中的雷达数据线性滤波方法包括卡尔曼滤波（Kalman Filter，KF）[4]。
2 卡尔曼滤波算法
最早的雷达处理方法是19世纪初Gauss（高斯）提出的最小二乘法。1795年，高斯首次运用最小二乘法预测神谷星轨道，开创了用数学方法处理观测和试验数据的科学领域。
这种方法经后人的不断修改和完善，今天已经具有适于实时运算的形式。现在滤波理论是建立在概率论和随机过程理论的基础之上的。
最早的滤波技术采用维纳滤波，但是维纳滤波只能应用于线性系统中，因为表示维纳滤波的脉冲响应只对线性系统有意义。由于这些问题的存在，使维纳滤波理论在工程上的应用受到很大限制。
由于跟踪精度和抗干扰的要求，20世纪50年代又出现了单脉冲雷达，该雷达在目标定位方面更加精确。60年代以后随数字技术和估计理论的发展，出现了数字跟踪系统。
在理论方面，Kalman（卡尔曼）等人将状态变量分析方法引入滤波理论中，得到了最小均方误差问题的时域解。
卡尔曼滤波理论突破了维纳滤波的局限性，它可用于非平稳和多变量的场合，而且卡尔曼滤波具有递推结构，因此特别适合于计算机计算。
由于这些原因，卡尔曼滤波已成为数据处理的主要技术。
用线性离散系统表示，假定在k时刻，系统目标状态变量为，则系统的状态方程为：
X（k）=A（k，k-1）X（k-1）+B（k，k-1）U（k-1）（1）
其中，A为k时刻的状态矢量;
（k，k-1）是系统参数，对于多模型系统而言;
（k-1）为状态转移矩阵;
B（k，k-1）为系统控制矩阵;
U（k-1）为系统的零均值的高斯白噪声，它的方差为Q，设k时刻系统的观测矢量为，则观测方程为：
Z（k）=HX（k）+V（k）（2）
其中，H为k时刻观测矩阵;
V（k）为零均值的高斯型的测量噪声，方差为R。
则根据卡尔曼滤波更新，在k时刻的预测状态为：
X（k|k-1）=A（k，k-1）X（k-1|k-1）（3）
其中，A（k，k-1）表示k-1时刻对k时刻的状态估计值;
X（k-1|k-1）为k-1时刻平滑过后的状态结果值。
对于k时刻的状态做了预测之后，我们需要根据k-1时刻平滑值存在的可能偏差和k时刻预测值的偏差估算k时刻平滑值的偏差，则用协方差矩阵表示可得：
P（k|k-1）=？渍P（k-1|k-1）？渍T+Q（4）
式子（3），（4）就是卡尔曼滤波算法前两个公式，也是对系统的预测，现在我们有了现在状态的预测结果，然后我们需要再收集系统对现在状态的测量值，结合预测值和测量值，我们可以得到k时刻平滑后的真实值：
X（k|k）=X（k|k-1）+K（k）·[Z（k）-·H·X（k|k-1）]（5）
上式中，为k时刻的滤波增益矢量（也被称为卡尔曼增益），它取决于预测协方差和预测值协方差之比，由滤波增益方程可得：
K（k）=P（k|k-1）·HT·[H·P（k|k-1）·HT+R]-1（6）
到现在为止，我们得到了k时刻状态下的平滑值X（k|k），但是自动化系统中对于航迹的推测是不断运行下去直到航班落地或是飞离管制区，所以我们还需要更新k时刻平滑值存在的偏差协方差：
P（k|k）=（1-k（k）·H）·P（k|k-1）（7）
公式（3）～（7）即为离散型卡尔曼滤波算法的基本方程，它能将不同时协方差不断递归，从而得出平滑值，卡尔曼滤波算法运行地很快，而且它只保留了上一时刻的协方差值，卡尔曼增益也会随着不同的时刻而改变自己的值，从而能根据上一时刻的平滑值和该时刻的测量值推算出该时刻的平滑值。
同时根据公式（5），我们可以得到平滑值的估计误差为：
ek=Z（k）-H·X（k|k-1）（8）
以上是针对单部雷达送过来的数据信号而言，华东地区的现接入到系统中的雷达数有28部，所以在各部雷达对所测目标进行数据处理之后，还需要与其他27部雷达进行时间校准，进行加权融合之后才能得到k时刻目标状态平滑值X（k），以及协方差P（k）。
3 改进的卡尔曼滤波算法
在欧洲猫自动化系统的原始设计中，基于导航精度和系统当时所能承受的计算量的考虑，采用卡尔曼滤波算法。
观察卡尔曼滤波算法的公式，发现公式（4）和（6），出现了高斯白噪声参数Q和R，在理想状态下，我们假设这两个参数不随系统状态的变化而变化（即使是多雷达探测情况下，我们也假设这两个噪声方差阵是根据标定参数确定的定常矩阵）。
而在实际情况下，由于航班在飞行过程中时时存在空中姿态、飞行速度、高度层穿越等状态变化，环境等因素必然在急剧地变化，固定的Q和R并不能准确地反映实际系统的噪声情况。
而且在随机数学当中，式子（8）得出的误差值应该符合正态分布，但当Q，R变化过大时，就会导致误差量与正态分布不符，即卡尔曼滤波不再是最优化的估计算法，继续观察公式（4）和（6），发现在这两个参数出现的时候，我们可以通过对平滑值协方差和高斯噪声参数进行加权来改进卡尔曼滤波算法，由此我们得出下式：
P（k|k-1）=α？渍P（k-1|k-1）？渍T+βQ（9）
其中，α+β=1，通过改变α和β值，我们就能够协方差值进行调整，而且为了满足（8）符合正态分布的要求，我们可以在程序中设置条件函数来选取满足该要求的α和β值，从而保证改进的卡尔曼滤波算法仍然是最优化的滤波算法。
4 结 语
本算法从理论上对欧洲猫自动化系统卡尔曼滤波算法进行改进，从理论上推测该算法能够更加实时地推测出系统航迹所在位置，为管制员提供更高质量的雷达信息。
参考文献：
[1] 李洪志.信息融合技术[M].北京：国防工业出版社，1996.
[2] 周宏仁.机动目标跟踪[M].北京：国防工业出版社，1991.
[3] MARK HEW ISH. Pilotless progress report2UAVs have made
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雷达建模与仿真系统设计与实现 篇7
随着信息技术的发展, 雷达、制导导航、数字通信、电子对抗、图像处理等领域普遍存在着大数据量、强实时性、高速度的数据处理工作, 这对数字信号处理系统的数据处理能力、实时性、体积、功耗和稳定性等都提出了越来越高的要求。近年来, 数字信号处理软件开发环境有了迅速发展。但是随着项目规模的急剧扩大, 基于数字信号处理设备上的大量程序需要手工编写, 不仅程序复用性极差, 而且不同程序员的编写习惯不同, 导致大型项目难以维护;其次, 由于数字信号处理设备的硬件局限性, 通用的软件调试器在很多方面不能满足特定的应用需要, 而且测试成本过于高昂。
为解决以上问题, 数字信号的模型化应运而生, 其将数字信号按照功能、层次等用描述文件存储, 一般描述文件是字符流形式的XML文件。数字处理系统就是以这些模型库为输入, 可以用高级语言编写的软件。另外, 代码自动生成技术的出现, 使得基于模型驱动的开发方法真正在软件开发领域得到应用。代码自动生成技术降低了软件开发维护成本, 提高了开发效率, 减小了需求变更对系统的影响以及延长了系统的生命周期。
对于大型系统, 目前的设计方法往往是, 事先在仿真系统上进行算法仿真得到正确的算法, 然后根据算法模型在处理器平台上编写并调试相应程序。如果能把算法仿真和编写调试代码集成到一个开发环境中, 使算法仿真和编写调试代码一步完成, 则可以大大缩减系统开发周期, 节约大量人力成本。
雷达系统仿真是在计算机上模拟, 再现真实雷达系统在不同场景中的工作机理和过程, 从而求解、验证和评估真实雷达系统特性、效能等的一套方法。通常, 在系统仿真设计及开发过程中, 采用模块化方法对雷达整个系统进行功能拆解和归并, 以确定系统功能模块 (即组件) , 建立具有一定抽象度的软件仿真系统模型, 从而降低系统设计的复杂性。
1 雷达建模与仿真系统
雷达建模与仿真系统平台主要包括以下功能模块:
(1) 图形化建模功能模块:用户可通过该模块自主建立所需模型。
(2) 子系统管理功能模块:用户可通过该模块自主建立由原子模型组成的可复用模型, 方便模型的再次调用和管理。
(3) 模型库管理功能模块:用户可通过该模块在模型库中添加、删除、修改原子模型。
(4) 模型代码生成功能模块:用户可通过该模块对已创建好的模型系统进行相应的工程代码的自动生成, 减少用户不必要的重复性工作。
2 图形化建模
系统采用面向对象的组件建模方法, 进行标准化的建模, 使建模系统过程与真实的系统操作具有非常好的相似性, 方便快捷, 自动化程度高。标准化建模系统良好的通用性和简单的可操作性, 为使用者提供了足够的扩展空间。系统支持将模型组件加入图形化建模工具, 便于图形化交互, 实现模型组件的可重用性、可扩展性。
雷达建模与仿真系统图形化建模的主要特点:面向对象的模块化建模方法;规范化、标准化建模方法;灵活的扩展能力;良好的继承性。
建模模块是在封装的基础上实现了模型的抽象化。用户在不需要知道模型的具体操作, 只需依靠模型提供的接口和信息, 建立数字系统模型, 在这个过程中用户也不需要知道整个系统的数据流动, 只需按照自己的需求连接结构模型, 就能得到多个模型的仿真结果。
系统建模设计思路如图1所示。
3 子系统管理
完整的子系统创建过程主要分为4个阶段 (如图2所示) :子系统模型搭建过程、子系统完整性检查、子系统代码生成、子系统封装到模型库。
4 模型库管理
模型库管理功能是组件化建模与图形化建模的链接部分, 为图形化建模提供支持。标准化组件建模后生成的标准化模型统一加入到模型库管理界面进行统一管理。模型库采用树型目录管理, 支持模型组件的查询、增加、修改和删除, 模型属性、输入输出接口分组排列, 命名均采用英文, 并有相应的数据类型、单位的说明。
模型库管理主要分为两大模块:模型的管理与模型的封装。模型管理功能包括:
(1) 新建模型:除了给定的模型类库之外, 用户可以根据自己的需求创建新的模型, 参数、接口信息以及类的基本信息都可以完全由用户自定义。
(2) 模型的编辑:当用户需要对某模型的信息进行修改时, 可以使用编辑功能。
(3) 模型的删除:当确定不需要该模型, 则可对其进行删除等操作。
模型封装功能包括:
(1) 模型的代码生成:确定模型信息后, 可以生成单个模型的代码, 对应生成cpp、h文件。
(2) 模型的编译:代码生成完成后可对其进行编译, 若成功, 系统会给出对应的提示信息, 并会生成dll文件。
(3) 添加到模型库中:当所选模型编译成功后, 生成相应的dll文件, 此时即可将该模型添加到模型库中。
5 模型代码生成
模型代码生成是对已建立的模型自动生成代码, 包括单个模型的代码生成、系统模型的代码生成。在图形化建模成功的基础上, 用户选择代码生成, 系统就会自动将生成的代码保存在对应的目录下, 同时将系统编译和运行需要的其他头文件、LIB文件、DLL文件保存到该目录下。
单个模型的代码生成是代码生成模块的关键部分之一, 只有单个模型的代码生成、编译并连接生成动态链接文件之后, 才能实现系统模型的代码生成。单个模型是被抽象成一个单独的类来实现的, 所有的模型代码生成要有一定的格式, 方便以后的编译。代码生成的设计要求:在进行代码生成时, 对于同一模型, 调用的接口、传递的参数、生成的代码都要一致, 同一模型不允许生成不同的代码;代码生成过程中, 用户除了能在模版中直接使用建模模块外, 还要能手动添加代码, 以达到理想的代码生成效果。
系统模型的代码生成过程是在单个模型代码基础上对各模型进行检测, 包括模型的重命名检查、模型连接判断、模型连接完整性判断等, 然后根据拓扑排序算法对建模模型进行排序, 最终对已经完成拓扑排序的模型进行代码生成。模性检测存在于建模以及模型排序的所有过程。
和手工书写代码相比, 自动代码生成有以下优点:
(1) 为代码质量的一致性提供了保证:代码的质量往往依赖于代码生成的模板、文件以及模型;而传统手工采用的拷贝粘贴的方法对前后代码质量的一致性带来了隐患。
(2) 提高了代码复用的能力:在要求大量更改、替换代码的情况下, 只需对模板进行更改并且重新运行代码生成器即可。
(3) 提高了修复软件Bug的能力:只需要修复模板的Bug然后重新运行生成器就可以修复所有生成文件的Bug。
(4) 大幅提高了工作效率:运用代码生成技术可以节省时间, 提高软件的开发效率。
自动代码生成的缺点:自动代码生成器不是通用的, 必须先为不同的环境实现特定的生成器;代码生成器的准确率并不能达到100%, 还有一些代码需要手动修改;数据库代码必须设计正确、规范, 生成器有时不能很好地处理有奇特设计的数据。
摘要：介绍雷达建模与仿真系统设计与实现, 重点分析其模块功能。
关键词：建模与仿真,模型驱动开发技术,代码生成技术,图形化建模
参考文献
[1]盛森芝, 强明.数字信号处理技术发展概要[J].数据采集与处理, 1996, 1 (2) :100-114
[2]凌华徳.基于MDA的代码自动生成技术的研究与实现[D].上海:华东师范大学, 2006
[3]Frederick P.Brooks Jr.人月神话[M].北京:中国电力出版社, 2002
[4]B.Hailpern, P.Tarr.Model-Driven Development:the Good, the Bad, and the Ugly[J].IBM Systems Journal, 2006, 48 (3) :451-461
基于无源雷达的目标仿真系统设计 篇8
介绍了目标仿真系统的实现原理，进行了系统结构设计，并分析了其布局方式。使雷达各站在集结状态下，实现假想目标的定位。
1 系统原理
无源雷达工作时处于分散布开状态，副站只负责信号的接收与转发，具体的计算工作由主站完成。根据信号到达主、副站的时间和主、副站间距计算出信号时差。其原理图如图1所示。
当各站处于集结状态时，各站间距可以忽略不计。如果预先设定各站的位置和假想目标的位置，以主站为坐标原点，假定目标的坐标位置(x, y)，则可由下面公式计算出模拟该目标所需要的时差数据：
(△t1, t2) :
根据计算出的△t，用电路产生出相应的调制信号，并通过调制器调制成多路射频信号。将各路射频信号注入到对应的各站，即可模拟假想定位场景下，由雷达各站获取信号的时差值。从而无需远距离布站，即可实现假想目标的定位。
2 系统结构
根据系统原理，系统由主控计算机、时差控制板、射频时差电路及天馈部分组成。其结构图如图2所示。
主控计算机安装系统管理软件，与操作员的交互，实现站点和航迹的绘制，仿真数据的计算，仿真进程的控制等功能。
2.1 时差控制板
时差控制板负责与计算机的通信，实现仿真数据的接收，仿真进程控制以及时差信号、控制信号的产生。其结构图如图3所示。
单片机接收仿真数据存储在SRAM中。仿真开始后，接收主控计算机的仿真进程控制命令，实现FPGA仿真数据的加载和仿真进程的控制。
2.2 射频时差电路
射频时差电路要产生射频的时差调制信号。其结构图如图4所示。
电路可选用宽频带的YIG振荡器作为频率源，考虑到YIG的频率转换时间，电路采用双频率源的时分复用方式，保证目标航迹的连续性。
电路由时差控制板产生的控制信号控制。数控衰减器用于实现信号幅度的控制，用于真实的模拟站点和目标在假想位置时，各站所能接收到的信号幅度。在实际应用中，根据雷达的技术指标选择微波器件，使实际输出的信号幅度在数控衰减器的动态范围之内。
3 程序设计
3.1 时差调制信号设计
FPGA中实现信号的延时有计数器法和存储器法。计数器法中，当延时时间大于信号重复周期时，可采用级联的方式得到延时信号。当延时的动态范围很大时，控制和实现难度变得很大。存储器法虽然改善动态范围，但是也不够灵活。
因为要产生信号的重复周期、脉冲宽度已知，所以文中采用延时触发脉冲的方式实现多路时差信号的产生。其程序框图如图5所示：
图中为三路时差信号结构图，Pulse产生模块采用相同的结构，载入相同的重复周期和脉冲宽度数据。除去第一路信号，其他两路的触发信号经过延时模块后接入Pulse产生模块。通过对触发信号的延时控制，实现多路时差信号的产生。
Ctrl_DU为数据保持时间模块，因为多批目标信号分时产生，所以每批信号到达保持时间后产生To_time信号，终止时差信号的产生。
3.2 仿真结果
在QUARTUS‖中进行了设计与仿真，仿真结果如图6所示：
图中产生了三路具有预置延时的时差信号。并产生了对应不同重复周期和脉冲宽度的两批信号。信号的延时没有改变，重复周期成倍数关系。由仿真结果知，满足了设计的要求，此方法可以用于大动态范围的多路时差信号的产生。
4 系统的布局
考虑到雷达的技术特点和目标仿真系统的实际应用，对于有三个站的无源雷达和系统的布局方案如图7所示。
以目标仿真系统为中心，雷达三个站成120°分布。对于四站的无源雷达，可以采用同样的结构，以目标仿真系统为中心，雷达各站成90°分布。
目标仿真系统各路的信号经宽频带、强方向性的喇叭天线辐射到相应的站，最大程度的降低站间信号的串扰。各站与系统设备距离相等，可以抵消路径差异引起的信号时差。因为雷达各站之间的距离较近，站间通信的信号强度相对较大，出于对装备的保护，站间通信要加入适当的衰减，降低信号的幅度。
5 结语
无源雷达的技术特点决定了其工作方式，同时也制约了其实际的应用。本文论述了无源雷达目标仿真系统的可行性，并提出了一套实现方案。从而使雷达各站无需分散布开，即可实现假想目标的定位。这使得保持无源雷达良好的工作状态成为可能，也为在实战中发挥雷达的作战效能奠定了良好的基础，无疑具有很大的经济效益和军事效益。
参考文献
[1]陈北辰.无源测向定位方法综述.无线电通信技术, 1991.
[2]孙仲康等.单多基地有源无源定位系统[M].北京:国防工业出版社, 1996.
雷达伺服系统设计 篇9
随着社会经济的迅速发展, 汽车的使用数量也急剧上升, 但是随着汽车使用的数量的增多, 人们在使用汽车提高了自己生活质量的同时, 更加在意的是驾驶汽车时的安全问题, 现代社会中交通事故是威胁生命安全最大的隐患之一, 而在交通事故中常常发生汽车的“追尾事故”, 司机由于倒车时, 无法准确掌握车后盲区情况而撞到障碍物或者其他车辆。为了解决这个安全问题, 要求设计一种良好的汽车倒车防撞报警系统来预防此类事故的发生。本设计利用超声波测距传感器HC-SR04、Arduino mega 2560 单片机以及LCD1602 显示器等元件来设计汽车倒车雷达系统。该系统可以根据所发出的超声波测量出车身离开障碍物的距离, 实时计算并显示汽车与障碍物的距离。距离过近时, 会持续发出警报声提醒司机。目前国内虽然拥有很多种类的超声波测距的倒车雷达系统, 可是大部分用的器件都是价格昂贵的集成电路材料, 并且在操作方面也较为复杂。而本设计的超声波倒车雷达系统用材便宜, 并且在数据测量方面准确度较高, 可以提高行车安全性, 具有很大的实用价值。
2 系统硬件设计
系统硬件部分是由Arduino mega 2560 开发板及超声波测距模块 (超声波信号发射部分、超声波信号接收部分) 、LCD1602 显示显示器部分以及蜂鸣器报警电路构成, 并且通过杜邦线以及焊锡将各硬件连接。
本设计中采用的Arduino Mega2560 是基于ATmega2560 的主控开发板。超声波测距模块采用的是HC-SR04 超声波测距模块, 该模块采用IO口TRIG触发测距, 给最少10μs的高电平信号。模块自动发送8 个40khz的方波, 并自动检测是否有信号返回, 若有信号返回, 通过IO口ECHO输出一个高电平, 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。其计算公式如下:
测试距离= (高电平时间* 声速) /2。
液晶显示模块采用的是不带背光的LCD1602 液晶显示器, 在该设计中通过计算后车距离障碍物的测量结果在液晶上显示器显示, 然后再次发超声波脉冲重复测量过程。报警模块采用型号SFM-20-A-C连续声响有源蜂鸣器, 在程序中设置参数, 当车距小于一定距离时给予一个高电平触发蜂鸣器报警。系统的硬件连接图如图1 所示。
3 系统软件设计
在开发环境下编写C语言程序, 在系统初始化后, 首先由超声波发送模块发送超声波, 待遇到障碍物后, 超声波返回, 超声波接收模块接收超声波信息, 并将超声波发射器发射声波信号和接收器检测到回波的时间间隔 Δt反馈给Arduino板, 通过设计好的程序, 计算出超声波测距装置与障碍物的距离, 并将其显示在液晶屏上。设定参数, 当车到障碍物的距离小于100cm时, 给予有源蜂鸣器通电, 蜂鸣器持续发出报警声提醒司机。程序的流程图如图2 所示。
4 结论
所设计的倒车雷达系统能够准确计算出车距离障碍物的远近, 为司机倒车提供了很大帮助, 超声波测距设备可以准确测量到2cm-450cm的距离并且在液晶显示器上完整的显示出来。当车到障碍物的距离小于预设距离100cm时, 系统的蜂鸣器就会发出蜂鸣声报警。
通过参与大学生科研训练项目, 明白了从设计系统到实现系统的基本思路和流程。在实际操作的过程中虽然遇到了较多的困难, 但是在分析问题后找到关键所在, 并通过查找资料和参考文献解决了问题。在整个过程中一方面可以将所学的知识投入到实际操作中, 另一方面可以从实践中获得知识, 既提高了动手能力又学到了新的东西。在从设计到实现的过程中团队的合作非常重要, 一个人的能力是有限的, 但是整个团队的合作交流会更加高效高质量地解决问题, 同时团队的想法是多元的和全面的, 解决了系统在实践过程中暴露的缺陷, 使系统更加地完善。
参考文献
[1]贾瑞.基于Arduino Mega 2560的无线监控小车设计[J].数字技术与应用, 2013 (10) :144-146.
[2]刘亿文, 姚洪平, 马恒.基于单片机的超声波测距系统的设计[J].电子世界, 2014 (1) :34-35.
雷达伺服系统设计 篇10
在陆续列装部队的大量新型雷达装备中, 集成电路的规模越来越大, 芯片集成度的提高使得电路的测试越来越困难, 这就对雷达检测装备的性能提出了更高的要求。但是由于雷达检测装备所处地理位置的特殊性, 更易受到温度、湿度、盐雾、霉菌等自然因素, 以及电磁兼容、电磁干扰等人为因素的影响而发生故障, 更兼雷达检测装备的布局分散, 点多、线长、面广, 所以为了减小其保障的难度, 有必要提高雷达检测装备系统的可靠性。
虽然在当前通用或专用的各种雷达检测装备中都具备系统自检的功能, 但这只是一种基于软件的事后的评估行为, 只能对装备的性能优劣做出估计, 不能对提高装备性能起到重要的作用。只有充分保证了雷达检测装备的可靠性和容错能力, 才能从根本上解决当前雷达检测装备保障能力缺乏, 难以满足部队保障实际需要的现状。
因此, 可以利用容错技术来提高雷达检测装备的可靠性。在开发雷达检测装备容错系统过程中的关键步骤是对容错机制的测试和评价, 而故障注入则是一种有效测评容错机制的试验方法。通过人为产生单故障或多故障引入检测系统电路中, 促使其发生故障和提高失效的速率, 来加速测评容错机制的试验过程, 从而获得电路的故障覆盖率[1]。这种方法可以为雷达检测系统电路的测试性设计与验证提供技术支持和保障, 将有力地推动新型雷达检测装备测试性设计和验证工作的开展。
1 故障注入方法概述
故障类型包括硬件故障和软件故障两大类, 故障注入方法目前主要有三种:仿真故障注入、软件故障注入和硬件故障注入[2], 如图1所示。
仿真故障注入方法即对相关电路建立数学模型, 通过软件仿真程序, 改变有关节点的信号参数以达到故障注入的目的, 回收仿真结果并检查故障影响。这类方法不需要硬件支持, 但严重依赖于被测电路的数学模型, 并且难以考虑实际芯片的个体差异性能, 不能模拟突发性的故障, 因而可信度较低, 实时性差。
软件故障注入方法是通过修改存储器或寄存器内容来模拟硬件或软件故障的发生, 通过改变软件执行的指令系统、数据, 或在软件中预设故障程序等方法来实现。这种方法能够方便地跟踪目标程序的执行并回收数据, 不需要昂贵的硬件开销, 常用的方法有预编译静态注入和运行时陷阱中断动态注入两类。
硬件故障注入方法需要专门的硬件设备, 实际模拟真实的故障信号, 重构故障。可以详细地分析故障注入对被注入元件的影响, 通过改变硬件电路芯片引脚电平来注入故障, 改变芯片的逻辑功能。这种方法主要针对某故障注入点固定高或固定低等永久性故障, 便于控制故障注入点, 可通过非接触/接触式进行故障注入[3]。
2 雷达检测系统故障注入器设计
本文提出的雷达检测系统故障注入器应具备通用性、方便性和实用性。通用性是指故障注入器可以任意组合, 用于各种具有可测性接口的电路模块。方便性和实用性是指在实际使用故障注入器时, 不需要插拔芯片就可以通过某个测试接口进行故障注入[4]。此外要求故障注入器具有较好的信号隔离能力和信号驱动能力, 防止因故障注入器的投入使被测对象的性能受到影响。
故障注入器系统采取模块化、结构化的设计思想, 其结构如图2所示。计算机中是故障注入管理软件, 用于对故障注入器进行参数配置、故障加载控制以及对故障注入结果的处理[4]。故障注入器借鉴VXI和PXI机箱的插卡式结构, 分别设计了母卡、主控制卡和可模拟各类故障的子卡, 主控制卡和子卡用单片机系统实现, 计算机采用笔记本电脑, 可实现总体设计的体积小、便携的目的, 有利于提高雷达检测装备的机动保障能力。
2.1 故障注入器硬件系统设计
故障注入器由一块母卡, 一块主控制卡和八块子卡组成, 主控制卡和子卡分别插在母卡的插槽上。母卡负责信号的转接分配, 提供各块插卡的信号及电源, 并负责驱动前面板LCD显示。主控制卡负责与计算机通信, 采用串行通信方式管理各个子卡, 实现故障输入, 其主要硬件总体设计如图3所示。
电源模块主要是提供整个故障注入器各个模块的电源。它将9 V交流电源经过BRIDGE2整流电路后, 产生±12 V的电压, 再经78ST205变换后提供各单片机系统和LCD显示系统所用的5 V电压。当某子卡插入时, LCD显示“在线子卡:X”, 当被测系统有故障注入时, LCD显示“工作”, 否则显示“等待”。自变压器引入的15 V电源同样经BREDGE2整流后, 经7812和7912变换后产生±12 V电压与自主控制卡DAC0832数模转换电路输出的电压信号一起供给LM741电路, 经变换和放大后产生故障电源输出信号。由于自主控制卡引出的电压信号是可变信号, 因此故障电源输出信号可产生不同的电压变化, 供给被测系统UUT。
主控制卡是故障注入器的中枢, 控制整个系统的工作。它通过MAX232芯片和ST16C550异步收发器组成通信电路和计算机进行通信。在ST16C550接收到计算机传来的数据后, AT89C51读取其中的数据并存储。同样, 发送数据时, AT89C51将数据写入ST16C550将数据发出。各个子卡的AT89C51单片机的TXD, RXD引脚可分别与主控制卡上AT89C51单片机的TXD, RXD引脚相连, 进行通信。
故障注入子卡是分别针对被测系统中不同的故障注入节点设计的, 共有8块, 任一子卡均可向其所对应的节点注入16种典型数字电路故障。故障模拟电路是子卡的核心, 在子卡上设计了两路相同的故障模拟电路, 这样就可以分别对被测系统的两个故障注入节点注入故障[4]。在注入方式上可分为后驱动注入方式和双向电子开关注入方式。
后驱动注入方式不需设置相应的故障注入接口, 将故障注入探针与被注入故障的电路管脚接触, 在被测器件的输入级 (前级驱动器件的输出级) 灌入或拉出瞬态大电流, 迫使其电位按要求变高或者变低, 达到对被测器件在线施加测试激励的目的[3]。
本文采用的基于双向电子开关注入方式可设计有故障注入接口的任何数字电路, 其中74LS244隔离电路用于对被注入系统的有关信号进行缓冲驱动, 同时还实现对当前故障信号的隔离, 用来防止故障注入器对被测系统的干扰。故障模拟电路则利用从被测系统取来的原始信号或由单片机产生的有关信号构成一组故障信号源, 选择故障信号源中的某一个信号作为当前故障信号, 进行故障注入。
2.2 故障注入器系统软件设计
故障注入器软件包括主控制卡和子卡程序, 这两部分可以采用MCS-51汇编语言编写。为了不隔断系统工作流程的整体性, 整个故障注入器系统工作流程如图4所示。
主要软件工作流程如下[5]:
(1) 上电, 启动计算机和被测电路, 进行硬件初始化。
(2) 计算机软件启动, 检测系统是否在正常运行。
(3) 建立故障参数表, 每个故障的注入都要确定一系列的故障特性参数, 故障注入前应选择故障类型来定义这些参数。
(4) 故障注入。故障注入分两步进行, 主控制卡向子卡故障注入模块发出一组故障参数, 并保存在故障注入模块的存储文件中。主控制卡向子卡故障注入模块发送故障注入的命令, 同时发送同步信号给被测系统, 被测系统以此作为检测到故障所需时间的基准。子卡选择通路模式, 选择单通路或双通路模式, 并生成控制字, 开始按照一定的时序向被测系统注入指定故障, 同时发送同步信号到模拟测试模块, 以便确定模拟检测故障所需的时间。
(5) 系统进行故障采集, 对故障现象分析及定位, 并将正常输出值和注入故障后的输出值进行比较, 判断雷达检测系统UUT是否故障。
(6) 主控制卡从故障模拟模块接收故障诊断信息, 其中包括故障是否被检测到, 检测到的时间等信息, 并将这些信息显示给用户。
2.3 计算机系统软件设计
计算机软件是整个系统的管理核心, 用于设置故障注入参数、指挥故障注入器产生各种故障模式并对故障注入结果进行分析和后处理。它由五个模块组成, 分别为参数建立、数据库管理、故障加载、故障现象采集与显示和系统评价模块。五个模块彼此间交流是通过外部数据文件进行的, 它们之间以及与用户之间的关系如图5所示。
参数建立模块通过编写用户界面, 提供给用户一个建立故障注入参数的环境, 并将用户输入的故障参数存放在一系列故障注入参数表中, 还可以通过调用故障注入类型数据库实现注入软件故障。故障加载模块调用由参数建立模块提供的放有故障注入参数表的数据文件, 通过信息交换接口将信息传递给故障注入单元, 再由故障注入单元按照参数要求向被测系统注入单个的或复合的故障。故障现象采集与显示模块收集被测系统在被注入故障后的故障注入有效性信息, 信息通过注入接口传递给该模块, 再进一步将该信息传递给系统评价模块, 以供系统分析用。实时显示故障注入进程和故障注入的有效性信息, 通过编写用户界面, 将这些信息实时地显示给用户[4]。系统评价模块根据测试结果作事后分析与评价, 向用户提供可靠性参数。
3 故障注入器在雷达检测平台的应用
自20世纪70年代故障注入被应用以来, 评估容错系统可信性尤其是测量容错机制效率几乎成为故障注入的惟一应用。直至80年代中期故障注入才开始在更为广泛的领域中被应用[5]。本文研究的雷达检测平台可以针对多种不同型号的装备进行故障诊断, 故在基于PXI或VXI的雷达检测系统中, 各种通信适配卡组成的通信适配器是故障注入器的主要应用对象, 主要可以实现以下几种功能:
(1) 测评雷达检测平台容错机制
主要是用来测试雷达检测系统容错机制的正确性, 并对其进行故障处理运行效率的评估。在设计和实现雷达检测系统容错机制时无法避免故障的存在, 当面对其设计中试图处理的故障时, 实际行为与期望行为之间往往产生偏差。故障注入器就是试图通过验证, 揭示在设计和实现时引入容错机制中的故障。
(2) 测评雷达检测平台验证过程
雷达检测平台验证过程是指确认硬件或软件原型的设计和实现, 本文单指对硬件电路的测试向量测试过程。硬件测试向量集随机或人工生成, 通过已注入故障与未注入故障时电路的运行结果的比较, 确定是否可以检测到被注入故障类型, 多次进行的结果可用于评价给定测试向量集的故障检测覆盖率。
(3) 为雷达检测生成故障字典
在较低层次上用利用故障注入器进行故障注入, 在较高层次上对结果进行 监视、 记录和分析, 可生系统专用故障字典。这在研究故障模式在不同层次上的表现和生成较高层次上的故障模型等方面发挥了重要作用。
4 结 语
在某雷达检测平台系统中, 采用故障注入方法将实现对系统硬件性能的检测, 可验证故障诊断系统的可靠性和稳定性, 并降低故障诊断系统对实际装备的影响程度。该故障注入器便于组合和扩展, 具有易操作、机动性好的优点, 基本可以满足测试性验证中对需注入的故障样本进行注入的需求。但其注入故障的数量不多、类型少, 而且只能对硬件进行故障注入, 不能实现对系统软件的性能检测等缺点也需要继续改进。通过有效验证, 故障注入技术必将在改善雷达检测设备的测试性、维修性和可靠性方面发挥重要作用。
参考文献
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[5]张晓杰, 王晓峰, 金曼.基于机内测试的故障注入系统设计[J].北京航空航天大学学报, 2006, 32 (4) :430-434.
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[10]张天宏, 李璇君, 辛季龄.智能化BIT测试适配器研究[J].数据采集与处理, 1999, 14 (4) :462-466.
《蝙蝠和雷达》教学设计 篇11
1.朗读课文，把握课文主要内容和要点。
2.理解飞机夜间安全飞行于蝙蝠探路之间的联系。
3.激发学生热爱科学，乐于观察和探究的兴趣。
教学重点：
理解飞机夜间安全飞行于蝙蝠探路之间的联系。
教学难点：
激发学生热爱科学，乐于观察和探究的兴趣。
课前准备：
多媒体课件
课时安排2课
第一课时
一、图片导入引入新课
依次出示蝙蝠和雷达的图片同学们你们认识它们吗请说一说你对它们的了解。
蝙蝠是一种动物，雷达是一种探测装置，他们之间有什么联系呢？今天，我们一起学习一篇新课文《蝙蝠和雷达》。（板书课题）
二，初读课文，学习生字，词语。
1、生字学习指名开火车认读生字提示学生注意形声字和“蝙、荧”等字的读音。
2，学习词语
三、默读课文归纳大意
1、课文主要讲什么请大家默读全文用自己的话说一说。
2，同桌交流课文的主要内容
3、指名讲师生共同归纳。你现在知道蝙蝠和雷达之间的关系了吧
四、学习前三个自然段 ，重点学习第三自然
1.出示第三自然段第一句话
（蝙蝠在夜里飞行，还能捕捉飞蛾和蚊子，而且无论怎么飞，从来没见过它跟什么东西相撞，即使一根极细的电线，它也能灵巧地避开。）
2，指名朗读第三自然段第一句，找出含有关联词的句子，想想说明了什么？文中提出了什么疑问？
3.出示第二句话
（难道它的眼睛特别敏锐，能在漆黑的夜里看清楚所有的东西吗？）
4指名读第三自然段其他同学思考这个自然段主要写了什么
5指名讲段意 ，对于蝙蝠在夜间飞行你会用什么词语来形容它为什么
（1）抓住重点词句让学生知道蝙蝠有能在夜间飞行而且不会有危险的本领。
（2）模拟体验你想试一下在夜里飞行吗让学生闭上双眼在教室里走一圈提醒学生要注意安全。
（3）说感受
（4）指导朗读蝙蝠的本领真让人佩服我们应该带着怎样的语气来朗读这一段话赞叹、佩服
五、结束语
我们人类是靠什么来判断有没有障碍物的眼睛那蝙蝠能在漆黑的夜里飞行它靠的是不是那双像猫头鹰一样锐利的眼睛呢？我们下一节课再来学习。
六，作业布置
1，抄写生字词语
2， 熟读课文
3， 查找有关仿生学的资料
第二课时
一，填表助学，自主阅读
请读出疑问的语气。同学们想知道问题的答案吗？
3，请默读课文第四、五、六自然段，边读边思考如何填写表格，同时勾画出相关的句子。
4，（出示表格）
5.交流：读完之后，同桌互相交流填写表格的情况。
6.抽学生回答，读出相关的句子（同时出示）。
7.三次试验证明什么？请同学们齐读第六自然段。（同时出示）
8.小结：科学家经过反复研究终于揭开了蝙蝠能在夜里飞行的秘密。蝙蝠的嘴和耳朵是怎样配合的？雷达与蝙蝠有什么联系？我们就一起来探究这些问题。
二、合作阅读，突破重难点
1.自由读第七、八自然段，边读变勾画出相关句子。
2.谁知道蝙蝠的嘴和耳朵是怎样配合的？来读出相关的句子。（读完之后，多媒体展示） 然后抽学生复述出来。
3.那雷达又是如何工作的呢？一起来读一读相关的句子。（读完之后，多媒体展示）然后抽学生上台复述出来。
师用课件演示蝙蝠探路的方法和雷达探测障碍物的方法，请生填空。
飞机上的雷达就像是蝙蝠的（）
雷达发出的无线电波就像是蝙蝠的（）
雷达的荧光屏就像是蝙蝠的（）
5.谁能填一填？抽学生回答。让我们一起来读一下这几句话。
6.现在我们知道了蝙蝠和雷达的联系了：科学家模仿蝙蝠探路的方法发明了雷达。
7.飞机装上了雷达，夜间飞行就安全了。
三、小结全文，延伸拓展
四，作业
1向父母介绍蝙蝠和雷达之间有什么联系。
雷达伺服系统设计 篇12
机载雷达是现代作战飞机的主要传感器之一,是完成超视距攻击的主要探测设备。飞行员对机载雷达操作的准确性与熟练程度,影响其对战场态势的判断,与作战结果直接相关。由于受各种条件和训练成本的制约,飞行员不可能在空中进行大量的实装操作训练,随着计算机仿真技术、电子技术、网络通信技术的发展,走装备模拟仿真,使用模拟器训练是解决部队训练、院校教学的一条有效途径。
机载雷达仿真系统作为某型飞机飞行模拟器的重要任务子系统,其逻辑关系与操作设置应与实际相一致,逼真度也应尽量接近真实状态,通过对雷达使用特点、项目需求和现代仿真技术等因素综合分析基础上,决定采用OpenGL技术实现机载雷达的仿真。本文给出了一种在Windows平台上采用Visual C++6.0开发基于OpenGL的机载雷达仿真系统的方法。
2 OpenGL简介
OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口,是美国高级图形和高性能计算机系统公司(SGL)开发的三维图形库。它独立于窗口系统和操作系统,以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植;OpenGL可以与Visual C++紧密接口,便于实现有关计算和图形算法,可保证算法的正确性和可靠性;OpenGL使用简便,效率高。它具有建模、变换、颜色模式设置、光照与材质设置、双缓存动画以及更先进的能力,如纹理映射、物体运动模糊等功能。OpenGL是实现逼真的三维渲染效果,建立交互的三维景观的优秀软件工具。
3 机载雷达仿真系统结构
本文所讨论的机载雷达仿真系统属于某型飞机飞行模拟训练器的一个子系统,因此信息要在不同计算机之间传递,根据主控计算机送来的战场环境和载机参数完成雷达模型建立和信号处理仿真,机载雷达与火控系统有数据交联,雷达信号采集计算机通过信号采集卡采集各元器件的开关量和模拟量,产生各种控制信号,通过雷达显示计算机来控制雷达的状态。系统采用的是基于TCP/IP协议的Winsock接口应用程序来进行网络通信的,Winsock接口是Windows下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口,非常适用于分布式处理的网络通信。
4 雷达显示仿真
雷达显示器有多种类型,该雷达仿真系统采用的是平面位置显示器,平面位置显示器是一种以极坐标形式显示目标距离和方位的显示器。它能把雷达周围的目标以亮点或亮弧的形式显示在荧光屏上。应用OpenGL纹理映射技术可以较好的实现平面位置显示器的仿真效果。
4.1 OpenGL纹理映射技术
利用OpenGL纹理映射技术可以以很低的代价生成复杂的视觉效果,实现逼真度和运行速度的平衡。纹理映射是将一个一维、二维、三维的图像映射到几何物体上的过程,可以仿真自然界的材质,减少几何复杂度,增加反射效果模拟。
纹理映射通常分三步:
1)设置纹理。首先读入或者生成图像,将图像赋到某个纹理上,然后打开纹理映射功能。即在程序中调用glTexImage2D函数。
2)将纹理坐标赋到顶点上。纹理映射区域通常是平面或曲面,计算任意空间曲面与纹理域的对应关系本质上是一个参数化的过程。在绘制纹理映射场景时,不仅要给出每个顶点定义的几何坐标,同时还要定义纹理坐标。经过多次变换后,几何坐标决定顶点在屏幕上的绘制位置,纹理坐标决定纹理图像中的哪一个元素赋予该顶点。
3)设置纹理参数。Wrapping(重复pattern的方式),filtering(纹理采样的滤波方式)。
4.2 雷达显示余辉效果的实现
平面位置显示器的核心部件是示波管,当电子停止轰击示波管的荧光屏后,亮点不能立即消失而要保留一段时间(称为余辉)。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做余辉时间。余辉的仿真需要借助数学模型。
一般地,荧光亮度一次指数衰减曲线方程可用I=I0e-t/k来表示,其中,I为余辉亮度,I0为涂层亮度,k为时间衰减常数,t为衰减时间。对于特定的荧光物质,I0和k均为常数。I0越大,荧光衰减曲线越平坦;k越大则余辉时间越长。
为了实现余辉显示效果,将平面位置显示器分为360等份,由于每个扇形占的圆心角很小,可以认为平面位置显示器由360个等腰三角形组成。利用定时器控制扫描线进行360度旋转,扫描线每旋转1度按一次指数衰减曲线方程来设置等腰三角形的填充颜色。从而就逼真地显示出雷达余辉效果。
4.3 地杂波显示的实现
DEM数据是区域地形的数字表示,由一系列地面点的(x,y)位置及其相联系的高程z按一定的结构组织在一起,表示实际地形的空间分布特征。DEM数据的形成多是在Arc/Info、ArcView等专业GIS软件中由离散的数据点或等高线直接生成的。
为了调用DEM数据,首先将DEM数据转换成ASCII文件,由VC++6.0直接从ASCII文件中读取。然后对DEM数据进行着色处理,论文采用按照高度值着色处理的方法,对不同的高度赋予不同的颜色,为了简单渲染过程,对最高点着白色,最低点着黑色。然后采用OpenGL纹理映射技术把处理过的高程数据映射到各个天线扫描角度上。DEM数据经处理和着色后的地杂波效果如图2所示。
4.3 雷达目标仿真的实现
在极坐标系中,任一点目标,可用距离、方位角(目标相对于飞机纵轴的顺时针角度)、俯仰角三个参数来确定。当扫描线扫过目标时,由于物体的位置较先前已经发生变化,因此在OpenGL中进行显示时,点迹位置要进行相应的刷新即可。
对地面固定大型目标在雷达画面上显示,由于载机坐标与固定目标的坐标都可以由主控计算机获得,其在雷达画面的动态更新显示通过OpenGL坐标变换容易设置,此处就不详细论述。
对于运动目标,假设雷达的当前量程为Dmax。已知载机与目标的距离D和方位θ,目标是以一定的空速μ和航向ξ运动。
1)目标在屏幕上显示位置
根据以下公式x=D/Dmax*cos(π/2-θ)和y=D/Dmax*sin(π/2-θ)可以求出目标在屏幕上的显示位置,动态设置雷达的量程Dmax来改变目标的显示位置。
载机与目标运动相对位置变化后,下一时刻在屏幕上的显示位置(x1,y1)和当前位置(x0,y0)的关系可以用x1=x0+μ*ΔtS*cos(π/2-ξ)和y1=y0+μ*ΔtS*sin(π/2-ξ)来表示。其中,ΔtS雷达的扫描周期;角度经过了雷达扫描坐标系向笛卡尔坐标的转换。空速μ和航向ξ只是目标的瞬时航速和航向,可以进行动态设置。
2)扫描线与目标的位置关系
扫描线与目标的位置关系,可以通过扫描线的角度是否与目标物体的方位角一致来判断。
5 结论
运用OpenGL技术和DEM高程数据实现了雷达仿真显示,具有很好的仿真效果,可模拟该雷达的检查校准及飞行过程中的各种状态,便于飞行员在较短时间内掌握所学理论及相关的操作步骤和方法、要领,不仅满足了飞行部队和院校日常训练的需要,而且对延长装备寿命,保障新装备快速形成战斗力具有重大的军事意义。
参考文献
[1]张明友.雷达系统[M].北京:电子工业出版社,2006.