遠(yuǎn)程顯示控制系統(tǒng)在地面雷達(dá)中的實(shí)現(xiàn)
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摘要：遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)作為一種新型的監(jiān)視控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電信、交通、金融、智能小區(qū)等領(lǐng)域，其設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法多種多樣。與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相比，本文提供的解決方案更適合地面雷達(dá)無人值守要求。在雷達(dá)整機(jī)設(shè)計(jì)初期，將本地監(jiān)控與遠(yuǎn)程顯控從軟、硬件方面加以融合設(shè)計(jì)。該解決方案具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活、傳輸方式多樣的特點(diǎn)，適用于多種型號的地面雷達(dá)，并為民用領(lǐng)域的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)；融合設(shè)計(jì)；圖像傳輸；雷達(dá)
1 引言
隨著自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、工業(yè)COTS技術(shù)的快速發(fā)展，電信、交通、金融、智能小區(qū)等領(lǐng)域根據(jù)自身的需求，針對各自特定的環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為一種趨勢。與國際上在環(huán)境與設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的研究和開發(fā)相比，國內(nèi)在設(shè)備維修及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用方面尚處于起步階段。而由于這一領(lǐng)域的多學(xué)科性質(zhì)，使得由單一專業(yè)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和實(shí)施往往存在各種不合理因素：一方面造成諸如只有設(shè)備監(jiān)控而無現(xiàn)場環(huán)境圖像鑒控，或系統(tǒng)傳輸方式單一、組網(wǎng)不靈活而造成系統(tǒng)兼容性差；另一方面，在硬件設(shè)備上因一味追求降低成本，使用價(jià)格低廉、性能單一的非主流器件（如單片機(jī)）作為核心單元的控制器，缺少必要通信組網(wǎng)功能，導(dǎo)致系統(tǒng)可可靠性沒有保障，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的要求。
遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域的核心是控制系統(tǒng)，目前國內(nèi)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施主機(jī)分為二種方式。
●以單片機(jī)為核心的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
單片機(jī)系統(tǒng)受硬件設(shè)備限制，無法實(shí)現(xiàn)模塊化。就發(fā)展的角度而言，沒有生命力，且完成的功能單一，無法傳送圖像信號，只適用于一些不重要的場合，不能構(gòu)成多媒體環(huán)境下的高集成系統(tǒng)。
●以PLC（可編程邏輯控制器）為代表的以工業(yè)控制器為核心的遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)。
作為成熟的COTS產(chǎn)品，工業(yè)控制器在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家具有悠久的歷史，在汽車、冶金、化工、通信等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用并取得顯著效益，PLC專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算述操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
需要指出的是，目前民用領(lǐng)域的遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)因其設(shè)計(jì)和工程實(shí)施滯后于所需監(jiān)測設(shè)備，并且二者不是由同一個(gè)開發(fā)商完成，即遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)從根本上不參與所監(jiān)控設(shè)備自身的運(yùn)行，因此二者不存在統(tǒng)一設(shè)計(jì)的可能。單獨(dú)建立一套遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)需增加大量的設(shè)備及由此涉及的工作量，另一方面測控軟件的開發(fā)也是單獨(dú)設(shè)計(jì)運(yùn)行，與所監(jiān)測設(shè)備軟件的銜接同樣存在二次開發(fā)問題。
考慮到上述因素，針對國內(nèi)新型地面雷達(dá)自身具有較完善的本地監(jiān)控系統(tǒng)這一特點(diǎn)，綜合本地監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)的共同特性及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全理性、系統(tǒng)功能的完善性和實(shí)用性以及與被控設(shè)備的接口能力等因素，本文提供了一種適用于地面雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)。
本系統(tǒng)的目的旨在提高地面雷達(dá)設(shè)備的自動化程度，特別是在一些工作條件和氣候惡劣的高山地區(qū)或海島和邊防雷達(dá)站，通過遠(yuǎn)距離顯控系統(tǒng)，正常的雷達(dá)值勤可以在條件相對寬松的中心指揮室完成，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)本地?zé)o人或少人值守。此外，指揮中心可以監(jiān)控雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)的多部雷達(dá)，做到對整個(gè)空情的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，雷達(dá)的遠(yuǎn)距離顯控系統(tǒng)對于實(shí)戰(zhàn)中提高防空網(wǎng)的工作效率和自我防護(hù)能力具有重大意義。
2 設(shè)計(jì)原則
一次設(shè)計(jì)可實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展：為保護(hù)遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)符合地面雷達(dá)本地監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，在工程實(shí)施方案階段對二者進(jìn)行融合設(shè)計(jì)，即一方面合理設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)，對于雷達(dá)整各分系統(tǒng)的BITE（機(jī)內(nèi)測試裝置）、本控接口、遙控接口、所需監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備接口進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和配置，完成一次性設(shè)計(jì)，但在設(shè)計(jì)中要做到設(shè)計(jì)分散、控制設(shè)備模塊化；另一方面對地軟件資源也要進(jìn)行統(tǒng)一性設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)初期媽著眼于遙控和本控狀態(tài)下的軟件兼容性問題，這樣，不但可以保證雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的可靠性，而且增加了軟件系統(tǒng)本身的延續(xù)性和可移植性。
只有將本控和遙控系統(tǒng)底層軟件及相應(yīng)硬件設(shè)備統(tǒng)一設(shè)計(jì)，從根本上解決其兼容性，才有利于進(jìn)一步開展高可靠性的遠(yuǎn)距離顯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。這是本方案區(qū)別于其他遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的根本所在。
3 系統(tǒng)組成
總體來講，本系統(tǒng)由雷達(dá)本地設(shè)備、遠(yuǎn)端指揮中心和傳輸信道三部分組成，其組成框圖如圖1所示。
3.1 雷達(dá)本地設(shè)備
包括雷達(dá)自身的監(jiān)控系統(tǒng)、終端系統(tǒng)、配電箱及遠(yuǎn)程喚醒器、各種傳感器與攝像設(shè)備（包括攝像機(jī)、云臺及其控制器）。其中，監(jiān)控系統(tǒng)和終端系統(tǒng)的PC/104計(jì)算機(jī)模塊和能與PC/104兼容的計(jì)算機(jī)主板是整個(gè)遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)的核心。監(jiān)控系統(tǒng)的主工功能是顯示雷達(dá)的工作狀態(tài)、參數(shù)監(jiān)視、故障信息顯示等，控制各監(jiān)控模塊。另外，還可以根據(jù)需要完成對整機(jī)故障及工作狀態(tài)的記錄、查詢、統(tǒng)計(jì)管理及網(wǎng)絡(luò)接口的擴(kuò)展，提供實(shí)時(shí)的維修幫助信息等。終端系統(tǒng)的主要功能是完成本站雷達(dá)的信息獲取，產(chǎn)生點(diǎn)跡、目錄的錄取和跟蹤等。這兩個(gè)系統(tǒng)均具有將綜合后的情報(bào)送本地顯示及圖傳遠(yuǎn)程通訊功能。所有功能的實(shí)現(xiàn)建立在工程實(shí)施方案的軟硬件融合設(shè)計(jì)。
為了滿足無人值守的基本要求，遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)應(yīng)完成遠(yuǎn)程喚醒和遠(yuǎn)程對各分系統(tǒng)的復(fù)位功能，考慮到控制信號在遠(yuǎn)距離傳輸中較易受到干擾和雷達(dá)正常運(yùn)行對電源的嚴(yán)格要求，因此，設(shè)計(jì)中的控制信號采用寬脈沖觸發(fā)式（脈寬在500ms以上）。此外，在觸發(fā)后“保持接通”即功能鎖定是必不可少的，功能鎖定可以保證遠(yuǎn)端喚醒控制器的可靠運(yùn)行（不受遠(yuǎn)端控制設(shè)備故障的影響）。
對于環(huán)境參數(shù)和電源設(shè)備的監(jiān)測則由溫/濕度、煙霧、紅外、電壓、電流等高性能傳感器經(jīng)PC/104標(biāo)準(zhǔn)數(shù)/模的I/O模塊采集后送CPU處理。
雷達(dá)車廂內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行圖像信號有兩種傳輸方式：一種是通過光纜直接傳輸；另一種是采用專用的圖像傳輸設(shè)備轉(zhuǎn)化后送圖傳或電話線傳輸。目前，這兩種方式均有較多的COTS產(chǎn)品提供選擇。
3.2 遠(yuǎn)端指揮中心
包括一臺標(biāo)準(zhǔn)配置的PII工控機(jī)，通過遠(yuǎn)程遙控軟件呆移植雷達(dá)本地監(jiān)控系統(tǒng)的工作，即將雷達(dá)整機(jī)管理遠(yuǎn)程化，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)工作狀態(tài)參量和故障信息的采集、故障隔離、記錄、顯示和告警。具有開機(jī)檢測、實(shí)時(shí)和循環(huán)檢測等多種工作狀態(tài)的切換功能，完成與監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換，提供友好的人機(jī)界面。
帶有圖傳終端的地面雷達(dá)的基本功能是對目標(biāo)的識別和錄取等操作，圖傳終端由光柵顯示器、操縱臺、回波及顯示卡組成，在構(gòu)成和功能上與雷達(dá)本地的分顯完全一致，使雷達(dá)目標(biāo)顯示錄取遠(yuǎn)程化。
3.3 圖像傳輸設(shè)備
雷達(dá)圖像傳輸設(shè)備是地面雷達(dá)情報(bào)傳遞的專用設(shè)備，具有對雷達(dá)終端顯示器的畫面和目標(biāo)參數(shù)、數(shù)據(jù)和話音的雙向傳輸功能，圖傳設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖傳發(fā)端分機(jī)直接與雷達(dá)接口，將雷達(dá)要傳輸?shù)男盘柦?jīng)頻分、時(shí)分后混合成基帶信號，送往傳輸設(shè)備。圖傳收端分機(jī)對基帶信號進(jìn)行解調(diào)，分別送往圖傳終端顯示器和遙控主機(jī)以完成數(shù)據(jù)傳輸并再現(xiàn)雷達(dá)信號。圖傳分機(jī)具有雙工功能，發(fā)端和收端相兼容。
根據(jù)圖傳發(fā)端和圖傳收端之間的距離，有三種信道選擇。距離在100m以內(nèi)時(shí)選擇電纜信道（視頻電纜）；距離在2km以內(nèi)時(shí)選擇光纜信道；距離50km以內(nèi)時(shí)選用微波信道；距離超過50km時(shí)在微波終端之間需增加中斷微波站。
4 系統(tǒng)功能
遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)的主要功能與雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)相同，并嗇了空調(diào)器監(jiān)控、加熱器監(jiān)控、發(fā)射機(jī)總電源監(jiān)控、天線驅(qū)動總電源監(jiān)控、1號車總電源監(jiān)控、詢問機(jī)監(jiān)控、溫/濕度監(jiān)控和圖像監(jiān)控等功能。
4.1 對雷達(dá)各分系統(tǒng)的控制
系統(tǒng)控制模塊是把控制命令集合中的一系列控制命令根據(jù)需要，通過人機(jī)界面中的多級菜單將相應(yīng)的控制命令發(fā)布給任務(wù)管理模塊，再由任務(wù)管理模塊調(diào)用通訊模塊具體執(zhí)行雷達(dá)遠(yuǎn)程遙控工作，主要包括：天線驅(qū)動控制、極化控制、發(fā)射機(jī)控制、接收系統(tǒng)控制、綜合分機(jī)控制、溫度控制和攝像機(jī)控制等。
4.2 顯示功能
顯示模塊包括狀態(tài)和故障實(shí)時(shí)顯示模塊，其主要作用是實(shí)時(shí)地將監(jiān)控系統(tǒng)檢測到的信息和受控后雷達(dá)各分系統(tǒng)狀態(tài)通過監(jiān)控模塊采集的信息，經(jīng)傳輸信道將通信數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后在人機(jī)界面中顯示。
把對雷達(dá)的各項(xiàng)控制命令通過人機(jī)界面下達(dá)給任務(wù)管理模塊，由任務(wù)管理模塊通過通訊模塊將相應(yīng)回饋信號在人機(jī)界面中顯示。
將故障檢測模塊所提供的各種信息碼用圖形故障檢測界面顯示出來，綠色表示正常，紅色表示故意。
4.3 目標(biāo)顯示錄取功能
顯示經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的二次信息、完成各種人工干預(yù)。
光柵顯示器主要由高分辨率多掃描彩色圖形顯示器、回波處理板、圖形板、操縱臺（含鍵盤、跟蹤球）等組成。來自圖傳雷達(dá)回波的二次信息進(jìn)入顯示器的圖形處理板，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、處理后，在圖形板中進(jìn)先例中成，最終送到監(jiān)視器顯示。
4.4 遠(yuǎn)程喚醒和復(fù)位功能
由于遠(yuǎn)程對雷達(dá)整機(jī)上電前的監(jiān)控系統(tǒng)處在待喚醒狀態(tài)，因此無法通過監(jiān)控系統(tǒng)與遙控系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)通道來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對雷達(dá)電子方倉的上電及下電功能，只有將著眼點(diǎn)放在本笛一直處于帶電狀態(tài)的圖傳收/發(fā)端地個(gè)分機(jī)上，解決問題的方法是在圖傳收端分機(jī)上設(shè)置一個(gè)上電和下電開關(guān)，經(jīng)數(shù)據(jù)復(fù)合后送至圖傳發(fā)端，經(jīng)過光耦隔離接至遠(yuǎn)程喚醒器，將弱電信號與其所要控制的后級強(qiáng)電隔離。同時(shí)將上電寬脈沖經(jīng)隔離、驅(qū)動后送到監(jiān)控系統(tǒng)、終端系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)等，利用PLC在觸發(fā)后狀態(tài)鎖定功能，對雷達(dá)本地系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。
4.5 圖像監(jiān)控
通過光纜、圖傳或現(xiàn)在有民用通信線路對雷達(dá)本地車廂內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)及天線狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測，其實(shí)現(xiàn)方式主要有二種：一種通過光纜直接傳輸視頻信號，中心設(shè)立單獨(dú)的監(jiān)視器；另一種通過專用圖像壓縮傳輸設(shè)備對視頻信號處理后送標(biāo)準(zhǔn)串口，經(jīng)長線傳輸在指揮中心的計(jì)算機(jī)顯示器上進(jìn)行圖像監(jiān)視。
5 系統(tǒng)控制軟件
控制系統(tǒng)是本地系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)由多個(gè)微處理器組構(gòu)成一個(gè)完備的閉環(huán)控制網(wǎng)絡(luò)并由CPU控制，通過遙控軟件完成分析并確定雷達(dá)各種狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)指令，由若干軟件模塊實(shí)現(xiàn)各種控制，在本系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程控制傳輸模塊的軟件采用Visual Basic模塊化編程，具有靈活的移植性和可擴(kuò)展性。
軟件模塊的相互關(guān)系如圖3所示。
系統(tǒng)控制模塊的功能是狀態(tài)設(shè)置、自檢、系統(tǒng)控制、通訊、顯示器。
故障檢測模塊的功能是信息采集、故障隔離、告警、維護(hù)指南。
通訊模塊的功能是與監(jiān)控模塊的信息交換，與系統(tǒng)外部的通訊。
人機(jī)界面模塊的功能是功能選擇和顯示。
故障信息與推理規(guī)則庫是根據(jù)使用手冊、專家經(jīng)驗(yàn)經(jīng)知識工程而產(chǎn)生的庫文件。
雷達(dá)操縱員通過人機(jī)界面對雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。系統(tǒng)控制模塊啟動通訊模塊，采集由各監(jiān)控模塊上報(bào)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在采集同時(shí)完成信息甄別。利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫、故障信息庫和推理規(guī)則庫完成故障隔離，一旦發(fā)現(xiàn)故障或臨界狀態(tài)，即發(fā)出提示或告警信號。
6 小結(jié)
為了縮短研發(fā)周期，降低開發(fā)成本，本設(shè)計(jì)方案引進(jìn)了工業(yè)自動化技術(shù)和成果，在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)初期采用了隔合設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成技術(shù)，注重對商品化PC/104嵌入式計(jì)算機(jī)及外圍各功能模塊、可編程控制器（PLC）及外圍各功能模塊的軟硬件應(yīng)用，并對遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)的可靠性、電磁兼容性及與雷達(dá)本地系統(tǒng)的兼容性進(jìn)行了一定研究，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了地面雷達(dá)無人值守方案的工程實(shí)施。
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