基于PC104总线的雷达故障检测仪总体设计

摘要：首先结合雷达装备维修的实际经验，分析了传统雷达故障检测仪存在的缺陷。在对现代雷达嵌入式故障诊断系统常用总线特点分析的基础上，联系雷达故障检测仪的设计特点，确立了PC104总线作为最终总线。最后对雷达故障检测仪的硬件组成和软件组成作了总体设计。
关键词：雷达故障检测仪；PC104总线；设计

1 传统雷达故障检测的缺陷
结合实际的雷达维修经验发现，目前各种信号的雷达故障检测仪虽然品种繁多，但是均存在以下缺陷：
(1)检测功能单一化。某种检测仪只能用于某一型号雷达的单个系统或组合的故障检测，不能实现对整部雷达各个分系统或组合的故障检测。
(2)没有扩展功能，制作完成后，只能用于某一系统的检测，没有后续的扩展功能。故障检测仪制作完成后，只能对设定方式的故障进行检测，对于新出现的故障现象，该仪器则没有继续扩展的功能，不能进故障检测功能的持续更新和完善。
(3)传统的故障检测仪体积较大，特别是对于雷达全机的检测则需要多部仪器共同完成，不能满足基层机动作战中方便快捷的需求。

2 雷达故障检测仪器总线的选择方案
雷达嵌入式故障检测仪系统硬件可以采用自定义总线也可以采用标准总线。自定义总线是某个单位根据自身的特点和需求，制订的符合自身发展需要的总线标准。标准总线则是由多个厂商共同制订的具有一定通用性的总线标准。自定义总线开发难度低，成本不高，对于大批量产品可以带来很好的经济效益：但是由于缺乏其他厂商的支持，所有模块都需要自己开发完成，有时候会由于新模块的开发耽误了产品的研制进度，没能体现使用模块化的优越性，另外由于大家使用不同的产品规范，给部队的后勤保障也带来了不便，不适应未来战争的需要。标准总线产品支持的厂家众多，产品丰富，对于小批量的产品可以缩短研制周期，有更好的时效比。由于雷达系统的自身特点，批量往往不大，使用标准总线进行嵌入式系统硬件设计能获得更多的好处。
标准总线在结构形式上有采用堆叠结构形式的，也有采用插卡结构形式的。堆叠结构形式的典型代表是PC104总线，它的优点是不采用背板，成本较低，缺点是散热不易解决，而且容易由于错插导致模块烧坏。
为了雷达故障检测仪器做到通用或基本通用，从总体上说，选择的标准总线体系结构至少需要具备以下能力：
可编程能力：至少要做到在不改变进程个数及进程间相对关系的情况下，能适于各种应用，并提供对改变信号处理要求(如处理方式、算法、参数、系数等)的适用性。
构形能力：要能根据具体应用的信号流或各进程间的相对关系来改变系统的拓扑结构。实现这一能力实际上要求采用拓扑结构可变的分布式处理系统。
伸缩能力：要能根据具体应用的计算量大小改变系统的各种尺寸，因此要求系统采用模块化积木式结构。
发展能力：从总体上说要采用开放式设计，使其不强烈依赖于具体的芯片，以便能充分发挥各种通用及专用处理芯片的能力，并能方便地随着微电子技术的发展而发展，使其性能不断提高。
高速数据传输能力：选择的总线应具有足够的数据带宽以保证大量运算数据的传输。
对于雷达故障检测仪的总体设计而言，最关键的就是要解决多功能和便携式两方面的矛盾。对于便携式而言，要求检测仪器的体积尽量小，方便操作与使用。但是相对与多功能而言，这却是相矛盾的，多设计板卡才能尽可能保证多功能。
因此在总线的选择上我们采用了PC104总线，将信号显示卡、示波卡、多用表卡采用堆叠的方式集成在一块，这样最大限度的缩小检测仪的体积。同时通过计算机控制，有效解决PC104总线数据传输的瓶颈问题，合理分配硬件资源。

3 硬件的设计
雷达故障检测仪的硬件模块化设计要满足以下要求：
多任务性：高集成度的雷达故障检测仪需要做多种处理工作，如信号采集、数据处理、故障检测、定时、全机控制、通讯等。
实时性：雷达故障检测仪所要处理的数据是源源不断的，因此要求雷达嵌入式系统能实时响应，否则将发生数据堆积，影响故障检测仪的反应速度，甚至引起工作混乱。
阶段性：雷达故障检测仪的工作过程往往由若干个不同的任务阶段所组成，各阶段要采取各不相同的处理方式。例如，对信号的测试、故障模式的选择、故障定位与判断等。
依据以上要求，基于PC104总线的雷达故障检测仪的总体框图如图1所示。

对应于图1所示的雷达故障检测仪硬件设计的总体框图，相应实物硬件组成如图2所示。

4 软件总体设计
软件的设计主要考虑以下几个方面：
(1)确保软件的实用性。力求做到界面友好、故障定位准确、引导提示清晰、专家知识完备。雷达的各分机系统及其相应故障现象的表达采用故障树表示法(用树形控件表示)，故障定位引导、参数说明、测试点指示均采用选项卡方式，以保证各画面之间的快速切换。对于在故障定位时需要进行实时测量的，则通过调用外部可执行程序方式调用示波器卡等虚拟仪器卡引导用户进行测试。
(2)自动判断与人丁智能相结合。目前雷达上测试点电压(或电流)正常与否的判断容差还是不确定值，人工参与可能达到更为准确、快捷的效果。
(3)为便于模块间的信息交换，采脂读写文件方式传递信息。
基于PC104总线的雷达故障检测仪的软件总体框图如图3所示。