CN116319982A - 一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，涉及毫米波云雷达探测技术领域，本发明采用飞腾处理芯片作为数据中继服务器的硬件平台，国产银河麒麟操作系统为软件平台，采用基于千兆网络的系统架构，以此实现毫米波云雷达各分系统间高速数据交换和配置加载；通过提供多接口模式服务实现了国产计算机国产操作系统架构平台下客户端/服务器模式和浏览器/服务器模式两种模式的运行，同时建立了一套毫米波云雷达工作状态、检测参数与故障信息的数据元素字典，用于云雷达工作状态信息交互、查询和资料共享，实现了云雷达全天候自动观测与定标、回波数据采集与存储、二次产品反演与显示以及雷达健康状态管理等功能。

Description

一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器
技术领域
本发明涉及毫米波云雷达探测技术领域，尤其涉及一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器。
背景技术
目前，国内外的毫米波云雷达一般由发射分系统、接收分系统、天馈分系统、伺服分系统、监控分系统、信号处理分系统、终端数据处理分系统组成。其中监控分系统经历多功能监控板到FPGA芯片级编码实现；信号处理分系统从专用DSP芯片结合FPGA到基于服务器平台的软件化设计；终端数据处理分系统从最初基于wi ndows操作系统下单机单用户的回波数据采集/保存、雷达控制功能到现在的基于标准千兆网络的国产操作系统架构，融合基于客户端/服务器模式和浏览器/服务器模式两种模式，支持多用户多终端，实现雷达全天候自动观测与定标、回波数据采集与存储、二次产品反演与显示以及雷达健康状态管理等功能。
现有毫米波云雷达回波数据采集、工作状态监测到数据处理流程里没有多接口服务模式，不提供webserv i ce服务，不支持浏览器/服务器模式，不支持国产操作系统，无法实现用户需求；同时，实时径向回波数据量大，传输速率高，在雷达局域网内传输会阻塞网络，影响了云雷达的正常业务化运行。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，包括雷达控制指令接收与解析转发模块、雷达工作状态参数采集解析与转发模块、回波径向流数据的采集和转发模块、雷达配置参数管理与分发模块、北斗授时定位与时间同步模块、用户管理模块；
所述雷达控制指令接收与解析转发模块接收来自终端数据网显控终端用户对雷达的控制指令，指令解析后经监控数据网转发给相应的分系统；
所述雷达工作状态参数采集解析与转发模块接收来自监控数据网雷达前端各分系统的工作状态和故障信息，经解析后转发给终端数据网显控终端用户，同时定时将工作状态和故障信息以XML文件经终端数据网Ftp上传至雷达数据服务器，实现与浏览器/服务器模式的健康状态管理软件进行雷达工作状态参数的信息实时交互；
所述回波径向流数据的采集和转发模块接收信号处理软件经监控数据网发送的实时径向回波数据，以点对点UDP方式经终端数据网发送给在线的多个显控终端用户；
所述雷达配置参数管理与分发模块可以查看和修改雷达整机参数配置，包括各分系统参数、网络参数设置，根据需要经监控数据网以UDP组播发送至雷达前端各分系统，经终端数据网以UDP组播发送至各显控终端用户，同时采用Restfu l AP I接口以JSON数据交换格式经终端数据网上传至雷达数据服务器，实现与浏览器/服务器模式的健康状态管理软件进行雷达配置参数的统一管理。
所述北斗授时定位与时间同步模块采集北斗设备的定位信息和时间信息，经解析经监控数据网定时发送至雷达前端各分系统，经终端数据网发送至各显控终端用户和雷达数据服务器，实现雷达定位和雷达局域网内各计算机和服务器的时间同步；
所述用户管理模块对显控终端用户的用户名、登录密码、控制权限的管理，可增加、修改、删除用户，限制只有经注册的用户才能登录显控终端。
作为本发明的进一步技术方案，采用飞腾处理芯片的国产计算机作为数据中继服务器的硬件平台，采用国产银河麒麟操作系统作为软件平台，打破了国际巨头多年来对中国计算机市场建立的壁垒，杜绝了进口芯片从硬件层面通过漏洞获取信息控制设备，同时从操作系统上获取数据信息，确保了设备和数据的安全性，摆脱了微软、英特尔对中国计算机领域的束缚。
作为本发明的进一步技术方案，所述毫米波云雷达的软件系统设计上采用基于千兆网络的系统架构，以此实现云雷达各分系统间高速数据交换和配置加载。毫米波云雷达系统内部网络划分为IQ数据网、监控数据网、终端数据网三个独立的物理隔离的子网，接收分系统输出的IQ数据由于占用带宽较大，直接采用千兆光纤传输至IQ数据网光线收发器，以防止对其他端口造成网络堵塞。
作为本发明的进一步技术方案，所述数据中继服务器使用双网卡主机隔离技术，一块网卡连接监控数据网，一块网卡连接终端数据网，实现了监控数据网和终端数据网的物理隔离和网间数据交换，尤其是防止了信号处理分系统输出的实时径向数据回波对网络的堵塞。该架构通用性强且易于扩展，完全满足毫米波云雷达的性能需求和功能扩展，同时也可以应用到其他天气雷达。
作为本发明的进一步技术方案，所述毫米波云雷达数据中继服务器支持多接口模式，包括支持巨型帧实时回波数据的采集，缓解了由于频繁握手而导致的数据延迟；支持点对点的UDP单播方式对实时径向回波数据的转发，解决了实时径向回波数据对网络的阻塞；支持收发分离的多端口雷达控制命令的接收转发和雷达工作状态参数的采集转发；支持UDP组播方式实现雷达配置参数的统一设置和定位、时间的同步；支持雷达工作状态和故障信息的XML文件方式的输出，并以Ftp方式上传；支持Restfu l API接口，采用Restfu l接口以JSON数据交换格式输出雷达整机配置参数。
本发明的有益效果：
1、本发明采用飞腾处理芯片的国产计算机作为数据中继服务器的硬件平台，国产银河麒麟操作系统作为软件平台，打破了国际巨头多年来对中国计算机市场建立的壁垒，杜绝了进口芯片从硬件层面通过漏洞获取信息控制设备，同时从操作系统上获取数据信息，确保了设备和数据的安全性，摆脱了微软、英特尔对中国计算机领域的束缚。
2、本发明在毫米波云雷达软件系统设计上采用基于千兆网络的系统架构，以此实现云雷达各分系统间高速数据交换和配置加载。毫米波云雷达系统内部网络划分为I Q数据网、监控数据网、终端数据网三个独立的物理隔离的子网，接收分系统输出的I Q数据由于占用带宽较大，直接采用千兆光纤传输至I Q数据网光线收发器，以防止对其他端口造成网络阻塞。同时，数据中继服务器使用双网卡主机隔离技术，一块网卡连接监控网，一块网卡连接终端网，实现了监控数据网和终端数据网的物理隔离和网间数据交换，尤其是防止了信号处理分系统输出的实时径向数据回波对网络的阻塞。该架构通用性强且易于扩展，完全满足毫米波云雷达的性能需求和功能扩展，同时可以应用在其他天气雷达。
3、本发明支持多接口模式，包括支持巨型帧实时回波数据的采集，缓解了由于频繁握手而导致的数据延迟；支持点对点的UDP单播方式对实时径向回波数据的转发，解决了实时径向回波数据对网络的堵塞；支持收发分离的多端口雷达控制命令的接收转发和雷达工作状态参数的采集转发；支持UDP组播方式实现雷达配置参数的统一设置和定位、时间的同步；支持雷达工作状态和故障信息的XML文件方式的输出，并以Ftp方式上传；支持Restful API接口，采用Restfu l接口以JSON数据交换格式输出雷达整机配置参数。
4、本发明建立了一套毫米波云雷达工作状态、检测参数与故障信息的数据元素字典，用于雷达工作状态信息交互、查询、资料共享和云雷达状态信息的数据服务和雷达组网。
附图说明
图1为本发明的毫米波云雷达系统软件架构图。
图2为本发明的数据中继服务器的数据接口关系图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参照图1-图2，一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，所采用的计算机为一台国产计算机，CPU处理器为飞腾2000/4核，内存DDR4为16GB，硬盘为4TB，两块千兆以太网卡，软件平台为国产操作系统银河麒麟V10。
所述中继服务软件采用Qt跨平台集成开发环境，支持银河麒麟、中标麒麟、Un ix、L i nux，还支持Wi ndows NT/Wi ndows 2000等平台，具有面向组件的编程机制，相对于面向过程和对象来说更具有优势，与其他语言相比，具有很高的编程效率和良好的可移植性。
本发明的基于计算机操作系统的多网段多接口模式的毫米波云雷达的工作模式包括探测模式和标定模式。探测模式分为基本扫描模式和组合扫描模式，基本组合扫描模式有平扫(PP I)、高扫(RH I)、体积扫描(VOL)、全空域多方位高扫(HSRH I)、垂直定向扫描(TH I)，组合扫描模式主要有常规模式、精细模式、测雾模式；标定模式有发射功率在线监测、接收通道一致性、速度测试、噪声系数检测、天线指向标定。
图1所示为基于计算机操作系统的多网段多接口模式的毫米波云雷达系统软件架构图。雷达软件处理平台采用基于标准网络的系统架构，以此实现各服务器和计算机间的高速数据交换及配置加载等功能，传输网络按功能布局分为I Q数据网、监控数据网、终端数据网。中频数字综合处理输出的I Q信号直接通过I Q数据网的光纤收发器输出至信号处理分系统。其中，运行在数据中继服务器上中继服务软件负责监控数据网和终端数据网的信息交互。与各个传输网络相连的硬件设备有：雷达固件(包括发射、接收、电源、环境监测、天馈和伺服)，信号处理分系统、数据处理终端分系统、北斗系统。
各个传输网络和其连接的硬件平台的功能如下：
I Q数据网
I/Q数据网络连接信号处理分系统与中频数字综合处理，实现I/Q数据的传输。
监控数据网
监控数据网络连接发射分系统、接收分系统、伺服分系统、信号处理分系统和遥控配电箱，负责各分系统的控制命令发送，径向流数据、标定结果、检测参数、工作状态的采集并转发至终端数据网。
终端数据网
终端数据网络连接数据处理分系统，包括显控计算机、产品反演服务器、健康管理服务器、北斗定位授时设备，负责接收监控数据网发送的径向流数据、标定结果、检测参数、工作状态，并将用户的控制需求发送至监控数据网，同时实现遥控配电箱的控制和整个软件系统的时间同步。
图2所示为数据中继服务器外部接口关系图。数据中继服务器从监控数据网接收的信息有：雷达故障(UDP组播)、工作状态(UDP组播)、监测参数(UDP组播)、环境参数(UDP组播)、径向流回波数据(UDP组播)，从终端数据网接收的信息有：雷达控制指令(UDP单播)、定位信息(北斗编码)、时间信息(北斗编码)、参数设置(UDP单播)；数据中继服务器发送至监控数据网的信息有：雷达控制指令(UDP组播)、定位信息(UDP组播)、时间信息(UDP组播)、参数设置(UDP组播)、雷达配置参数(UDP组播)，发送至终端数据网的信息有：雷达故障(解码后，UDP单播、XML文件)、工作状态(解码后，UDP单播、XML文件)、监测参数(解码后，UDP单播、XML文件)、环境参数(解码后，UDP单播、XML文件)、径向流回波数据(UDP单播)、雷达配置参数(UDP组播、Restfu l API)、定位信息(UDP单播、Restfu l API)、时间信息(UDP单播、Restfu l API)。
数据中继服务软件主要包括网络通讯模块、指令接收/发送模块、状态/参数发布模块、径向流数据转发模块、配置参数发布模块、时间同步模块、用户管理模块。其中，网络通讯模块实现了网络初始化、网络接收、网络发送功能；指令接收/发送模块将以UDP单播方式接收到的显控终端发送的雷达控制指令经校验和解析后以UDP组播发送至雷达前端；状态/参数发布模块包括监测参数转发、故障信息转发、工作状态转发，这三类转发数据均由监控数据网以UDP组播方式接收，经校验和解析后通过终端数据网以UDP单播转发至在线显控终端，以XML文件Ftp上传至健康管理服务器；径向流数据转发模块是将从信号处理分系统以UDP组播方式接收到的径向流回波数据以UDP单播方式发送至在线的显控终端；配置参数发布模块是将用户(管理员级)设置的雷达配置参数以UDP组播方式发送至雷达前端、显控终端，以Restfu l API接口方式发送至健康管理服务器；时间同步模块包括定位和授时功能，负责采集北斗系统的定位信息，经校验解析后以UDP单播方式将雷达站的经度、纬度、海拔高度发送至在线显控终端，同时将以UDP组播方式将北斗系统的时间信息发送至终端数据网和监控数据网，实现时间同步；用户管理模块支持显控终端多用户模式，可以在线修改、增加、删除用户信息和控制权限，当显控终端用户登录时，会向数据中继服务软件发送用户信息数据包，判断为经注册的用户时将赋予该用户使用权限，并将用户信息加入用户列表。
为便于雷达状态及故障告警信息的收集与显控终端、健康管理服务器的信息交换和今后雷达状态信息的数据服务和雷达组网，数据中继服务器基于XML格式规定了雷达运行状态与故障告警信息数据的编码格式和编码规范，建立了一套毫米波云雷达工作状态、检测参数与故障信息的数据元素字典。编码信息段包括装备编码、雷达型号编码、分系统编码、状态参数编码、监测参数编码、故障告警编码，以及节点元素、子节点元素和数据类型；同时，基于JSON格式规范了雷达标定的中间数据和标定结果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，其特征在于，包括雷达控制指令接收与解析转发模块、雷达工作状态参数采集解析与转发模块、回波径向流数据的采集和转发模块、雷达配置参数管理与分发模块、北斗授时定位与时间同步模块、用户管理模块；
所述雷达控制指令接收与解析转发模块接收来自终端数据网显控终端用户对雷达的控制指令，指令解析后经监控数据网转发给相应的分系统；
所述雷达工作状态参数采集解析与转发模块接收来自监控数据网雷达前端各分系统的工作状态和故障信息，经解析后转发给终端数据网显控终端用户，同时定时将工作状态和故障信息以XML文件经终端数据网Ftp上传至雷达数据服务器，实现与浏览器/服务器模式的健康状态管理软件进行雷达工作状态参数的信息实时交互；
所述回波径向流数据的采集和转发模块接收信号处理软件经监控数据网发送的实时径向回波数据，以点对点UDP方式经终端数据网发送给在线的多个显控终端用户；
所述雷达配置参数管理与分发模块可以查看和修改雷达整机参数配置，包括各分系统参数、网络参数设置，根据需要经监控数据网以UDP组播发送至雷达前端各分系统，经终端数据网以UDP组播发送至各显控终端用户，同时采用Restful API接口以JSON数据交换格式经终端数据网上传至雷达数据服务器，实现与浏览器/服务器模式的健康状态管理软件进行雷达配置参数的统一管理；
所述北斗授时定位与时间同步模块采集北斗设备的定位信息和时间信息，经解析经监控数据网定时发送至雷达前端各分系统，经终端数据网发送至各显控终端用户和雷达数据服务器，实现雷达定位和雷达局域网内各计算机和服务器的时间同步；
所述用户管理模块对显控终端用户的用户名、登录密码、控制权限的管理，可增加、修改、删除用户，限制只有经注册的用户才能登录显控终端。
2.根据权利要求1所述的基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，其特征在于：采用飞腾处理芯片的国产计算机作为数据中继服务器的硬件平台，采用国产银河麒麟操作系统作为软件平台。
3.根据权利要求1所述的基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，其特征在于：所述毫米波云雷达的软件系统采用基于千兆网络的系统架构，以此实现云雷达各分系统间高速数据交换和配置加载；毫米波云雷达软件系统内部网络划分为IQ数据网、监控数据网、终端数据网三个独立的物理隔离的子网。
4.根据权利要求1所述的基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，其特征在于：所述数据中继服务器使用双网卡主机隔离技术，一块网卡连接监控数据网，一块网卡连接终端数据网，实现监控数据网和终端数据网的物理隔离和网间数据交换。
5.根据权利要求1所述的基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，其特征在于：所述毫米波云雷达数据中继服务器支持多接口模式，包括支持巨型帧实时回波数据的采集，支持收发分离的多端口雷达控制命令的接收转发和雷达工作状态参数的采集转发；支持UDP组播方式实现雷达配置参数的统一设置和定位、时间的同步；支持雷达工作状态和故障信息的XML文件方式的输出，并以Ftp方式上传；支持Restful API接口，采用Restful接口以JSON数据交换格式输出雷达整机配置参数。
6.根据权利要求1所述的基于国产计算机平台的毫米波云雷达数据中继服务器，其特征在于：所述数据中继服务器基于XML格式规定雷达运行状态与故障告警信息数据的编码格式和编码规范，建立毫米波云雷达工作状态、检测参数与故障信息的数据元素字典，用于云雷达工作状态信息交互、查询、资料共享和云雷达状态信息的数据服务和雷达组网。
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