CN103941247B - 基于can总线的雷达时序控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的雷达时序控制系统包括：一个CAN总线以及若干CAN节点，在图1中只显示了1个CAN节点，其他CAN节点的连接方式和结构与其相同。CAN节点包括：CAN总线通信模块、时序控制模块、输入输出模块、目标仿真模块、光电转换模块、稳压电源模块。使雷达时序和整个雷达网络有机融合，因而十分适合信息集中控制发展的要求，可减少很多通讯形式，而且结构简单，能够适应恶劣环境。同时，与以往的串口等串行总线相比，CAN总线可以实现数据传递的多样性（串口只能点对点传输），而且实时性好，传输距离远，在兼顾传输距离的情况下，传输速率得到了保障。

Description

基于CAN总线的雷达时序控制系统

技术领域

本发明涉及雷达时序控制系统技术领域，特别涉及一种基于CAN总线的雷达时序控制系统。

背景技术

雷达时序控制系统是整个雷达所有重要节点的通讯控制中心，它产生和转发各分设备所需定时信号。随着现代雷达技术的高速发展，系统集成度不断提高，信号定时器的核心部分由大量的小规模逻辑集成电路组成逐渐发展成高集成度的现场可编程门阵列（FPGA）电路。

CAN总线具有很高的网络安全性和可靠性，且简单实用，网络成本低，现已成为汽车电子系统的主流总线。CAN总线的另一个优点是特别适用环境温度恶劣、电磁环境差、振动大的场合，这对于车载雷达，尤其重要。

随着集成电路的处理能力越来越强大，随之而来的是越来越大的信号吞吐量。受抗干扰能力弱、信号质量差等因素的限制，传统的单端信号的传输速度已经达到了极限，无法满足高速控制需求，传统的单端信号传输将会慢慢地退出信号互联的主流。在这种情况下，高速信号差分传输应运而生，由于差分信号能有效抑制共模干扰，因此具有功耗低、传输速度快、传输距离远、设计简单等优点，从其诞生就体现出强大的生命力。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于CAN总线的雷达时序控制系统。本发明通过以下技术方案实现：

一种基于CAN总线的雷达时序控制系统，基于CAN总线的雷达时序控制系统通过CAN总线与雷达的分设备进行通信，基于CAN总线的雷达时序控制系统包括一CAN总线以及若干CAN节点，CAN总线通过广播和点对点组合的发送形式进行信号传输；

CAN节点包括：

CAN总线通信模块，连接CAN总线，用以传输基于CAN总线的雷达时序控制系统的部分信号，CAN总线通信模块包括依次连接的CAN总线收发器、CAN总线控制器以及数据缓冲单元，CAN总线控制器用以对CAN总线通信模块的信号收发进行配置；

时序控制模块，接收、转发并产生基于CAN总线的雷达时序控制系统需要的信号，接收的信号包括外部控制时序信号，外部控制时序信号通过差分信号输入，时序控制模块根据外部控制时序信号以及预设的命令产生所需的时序控制信号；

输入输出模块，连接在CAN总线通信模块与时序控制模块之间，用以提供多路信号接口；

目标仿真模块，连接CAN总线通信模块，目标仿真模块包括嵌入式计算机，用以对一目标进行模拟和仿真，产生相对于一预设距离内不同延时的负脉冲同步信号，并传输至时序控制模块；

光电转换模块，连接时序控制模块，用以将时序控制模块产生的时序控制信号进行编码后变成一路高速串行信号，并将高速串行信号转换成光信号传输至雷达的分设备，以及将接收到的光信号转换成高速串行信号，并将高速串行信号还原成时序控制信号传输至时序控制模块。

较佳的，还包括：稳压电源模块，连接时序控制模块，用以提供电源，并且每一CAN节点的稳压电源模块基准统一。

较佳的，还包括：主控计算机，通过CAN总线连接目标仿真模块，用以在嵌入式计算机无法满足模拟和仿真要求的情况下代替嵌入式计算机，以降低嵌入式计算机的计算量，提高基于CAN总线的雷达时序控制系统的实时性。

较佳的，基于CAN总线的雷达时序控制系统包括两种工作模式：战斗模式以及仿真维护模式；

在战斗模式下，基于CAN总线的雷达时序控制系统接收、转发并产生所需要的信号，并将时序控制模块产生的时序控制信号传输至雷达的分设备；

在仿真维护模式下，目标仿真模块对一目标进行模拟和仿真，产生相对于预设距离内不同延时的负脉冲同步信号，并传输至时序控制模块，并将产生的时序控制信号传输至雷达的分设备。

通过本发明，可使雷达时序和整个雷达网络有机融合，因而十分适合信息集中控制发展的要求，可减少很多通讯形式，而且结构简单，能够适应恶劣环境。同时，与以往的串口等串行总线相比，CAN总线可以实现数据传递的多样性（串口只能点对点传输），而且实时性好，传输距离远，在兼顾传输距离的情况下，传输速率得到了保障。

附图说明

图1是本发明基于CAN总线的雷达时序控制系统的结构示意图；

图2是光电转换模块的结构示意图；

图3是时序控制模块的结构示意图；

图4是目标仿真模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本发明提供的一种基于CAN总线的雷达时序控制系统包括：一个CAN总线1以及若干CAN节点2，在图1中只显示了1个CAN节点，其他CAN节点的连接方式和结构与其相同。CAN节点包括：CAN总线通信模块21、时序控制模块23、输入输出模块26、目标仿真模块22、光电转换模块24、稳压电源模块25。采用CAN总线通讯，能够适应恶劣环境，传输距离远，实时性好。

如图2所示，光电转换模块所选用的FPGA为Xilinx公司的Virtex-IIPro系列。考虑到光电转换模块选用的FPGA开销，光电转换模块耗费资源较小，因此选用了XC2VP4-5FG456C。由图2可以看到光电转换模块实现了雷达定时系统的光电转换功能，此外还支持了PCI接口和LINK接口。光电转换采用Agilent公司的1032/1034和WTD公司的RTXM191收发器。1032完成多路并行信号的复用、光纤线路码CIMT编码后变成一路高速串行信号送入RTXM191收发器进行电光转换通过光纤发送出去；RTXM191收发器将接收到的光信号还原成高速串行信号输入1034进行CIMT解码/解复用，还原为多路并行信号。采用光纤传输数据的方式，采用光电接口插件实现光电信号的转换，有效提高了信号的传递质量，并且减少了大量的电缆连接。

如图3所示，外部控制时序信号通过差分信号输入时序控制模块，系统命令通过CAN总线由CAN总线通信模块写入时序控制模块，时序控制模块根据系统命令和外部控制时序产生雷达系统需要的时序控制信号，并送至雷达的分系统、设备。基于CAN总线的雷达时序控制系统的工作模式主要分为1）战斗模式；2）仿真维护模式。两种工作模式根据主控计算机控制指令通过CAN总线进行切换。

在战斗模式下，可进入战斗状态：该模式下，雷达时序控制系统接收并转发调度周期信号、频综系统时钟信号等，并发送相应的信号给相关系统。输出由时序控制模块（FPGA）产生的旁瓣采集选通、在线检查同步信号、发射同步信号、重复频率、增益控制、动目标控制信号、在线检查选通、时钟信号、发射屏蔽信号、接收选通等信号给相应的分系统。

在仿真维护模式下，主要完成目标的模拟：目标仿真模块根据命令和要求，对一目标进行模拟和仿真，产生相对于零公里不同延时的负脉冲同步信号（距离可变）；同时产生其他时序控制信号。

目标仿真模块的核心是嵌入式计算机及其运行的仿真软件、同时MCU、FPGA都参与到仿真的工作中来，如图4所示。目标仿真单元选用嵌入式计算机来实现目标的模拟和仿真。对于航迹复杂的目标，目标参数由主控计算机通过CAN总线传递给外部的高性能计算机，目标参数简单的目标由嵌入式计算机自己运算产生，以降低计算机的计算量和提高系统的实时性。仿真目标分为2种：1)固定目标：距离不变；2)运动目标：距离可变或者不变、多普勒频率可变（由信号波形发生器设置）。用动目标控制信号区分2个目标的性质：低电平为运动目标，高电平为固定目标。

CAN总线通信模块主要由CAN总线收发器、CAN总线控制器和接口数据缓冲单元组成。CAN总线采用广播和点对点组合的发送形式。通过巧妙设计ID，再配合屏蔽码来实现；采用Silicon公司的单片机C8051F040，其内部集成CAN控制器。单片机系统时钟采用外部20M的晶振，CAN控制器系统时钟来自单片机的系统时钟，且不分频。其优点在于通过软件对CAN总线收发进行灵活的配置（如，启动出错检测机制和出错重发机制）。作为串接整个系统的控制总线，系统的部分命令通过CAN总线传输，有效的降低了硬件和传输线路的压力，充分发挥CAN总线节点配置灵活和抗干扰能力强的特点。

输入输出模块，总共提供80路RS-422信号接口：输出56路，输入24路，以及多路光纤输入输出。422电平转换使用的是TI公司的AM26LV31和AM26LV32。采用3.3V供电，接口电平3.3V，典型速率10MHz，最高可用速率50MHz。多路输入输出接口，冗余量大，为系统预留了很大升级改造空间。

稳压电路单元采用高精度数字电源插件，为雷达时序控制系统提供所需的电源，并且基准统一，保证电路工作稳定，抗干扰性强。

CAN总线上可以挂接110个节点；CAN总线传输信号为数字信号，因此其抗干扰能力强；与其它总线相比，CAN总线的实时性好，开放性好，具有较高的普及程度；对传输介质要求不高，适合于底层测控。与其它总线相，CAN总线更适合应用到本文所要设计的雷达时序控制系统。

本发明使用FPGA结合嵌入式计算机和MCU实现雷达时序控制系统，控制信号采用光纤传输和差分传输相结合，实现了雷达时序控制信号的高质量、高实时性的传输，并在实际应用中取得了良好的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于CAN总线的雷达时序控制系统，所述基于CAN总线的雷达时序控制系统通过CAN总线与雷达的分设备进行通信，所述基于CAN总线的雷达时序控制系统包括一CAN总线以及若干CAN节点，所述CAN总线通过广播和点对点组合的发送形式进行信号传输；

所述CAN节点包括：

CAN总线通信模块，连接所述CAN总线，用以传输所述基于CAN总线的雷达时序控制系统的部分信号，所述CAN总线通信模块包括依次连接的CAN总线收发器、CAN总线控制器以及数据缓冲单元，所述CAN总线控制器用以对所述CAN总线通信模块的信号收发进行配置；

输入输出模块，连接在所述CAN总线通信模块与所述时序控制模块之间，用以提供多路信号接口；其特征在于，

所述CAN节点还包括：

时序控制模块，接收、转发并产生所述基于CAN总线的雷达时序控制系统需要的信号，接收的信号包括外部控制时序信号，所述外部控制时序信号通过差分信号输入，所述时序控制模块根据所述外部控制时序信号以及预设的命令产生所需的时序控制信号；

目标仿真模块，连接所述CAN总线通信模块，所述目标仿真模块包括嵌入式计算机，用以对一目标进行模拟和仿真，产生相对于一预设距离内不同延时的负脉冲同步信号，并传输至所述时序控制模块；

光电转换模块，连接所述时序控制模块，用以将所述时序控制模块产生的时序控制信号进行编码后变成一路高速串行信号，并将所述高速串行信号转换成光信号传输至雷达的分设备，以及将接收到的光信号转换成所述高速串行信号，并将所述高速串行信号还原成时序控制信号传输至所述时序控制模块。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的雷达时序控制系统，其特征在于，还包括：

稳压电源模块，连接所述时序控制模块，用以提供电源，并且每一所述CAN节点的所述稳压电源模块基准统一。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的雷达时序控制系统，其特征在于，还包括：

主控计算机，通过CAN总线连接目标仿真模块，用以在所述嵌入式计算机无法满足模拟和仿真要求的情况下代替所述嵌入式计算机，以降低所述嵌入式计算机的计算量，提高所述基于CAN总线的雷达时序控制系统的实时性。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的雷达时序控制系统，其特征在于，所述基于CAN总线的雷达时序控制系统包括两种工作模式：战斗模式以及仿真维护模式；

在所述战斗模式下，所述基于CAN总线的雷达时序控制系统接收、转发并产生所需要的信号，并将所述时序控制模块产生的时序控制信号传输至雷达的分设备；

在所述仿真维护模式下，所述目标仿真模块对一目标进行模拟和仿真，产生相对于所述预设距离内不同延时的负脉冲同步信号，并传输至所述时序控制模块，并将产生的时序控制信号传输至雷达的分设备。