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1、雷达综合训练模拟器的设计与实现论文导读：近年来我军装备某型雷达几十余部。雷达训练模拟器是模拟仿真技术与雷达技术相结合的产物。其中模拟雷达包括模拟控制面板、适配器、数据采集卡、仿真机、雷达信号产生器、天线驱动电路、模拟天线及电源系统等。关键词：雷达，数据采集，训练模拟器1 引言近年来我军装备某型雷达几十余部，由于其技术含量高，价格昂贵，尚未配备院校教学，学员无法进行装备教学训练，而部队操作人员利用实际装备进行操作训练，又会缩短装备有效工作时间，甚至造成装备损坏，为保证部队操作人员及院校学员对该装备的操作、排故训练，需要研制能提高训练效率和训练质量的训练模拟设备。随着计算机技术和数字技术的不断开展
2、，为研制用于维护和操作训练的模拟器提供了极大的方便。雷达训练模拟器是模拟仿真技术与雷达技术相结合的产物，它通过模拟的方法产生雷达操作面板和显示器动态画面，以便在实际雷达系统前端不具备的条件下能够真实地描述雷达的工作状态和过程。该模拟器解决了新装备训练所面临的难题，满足了部队科技练兵的需要，具有重要的军事意义。2模拟器的功用模拟器由模拟雷达、教员工作台及学员工作台组成，主要用于操作人员对某型雷达操作的模拟训练、典型故障分析及排故训练，其完成的主要功能：模拟雷达的开机、关机、通电操作；模拟空中背景及目标图像信息，模拟显示扫描线、量程刻线、字符、交联设备信息等；模拟雷达脉冲调制信号、俯仰/横滚信号、
3、脉冲重复频率及脉冲宽度信号、400Hz基准信号、各种增益控制信号等多项指标的循环检测；模拟雷达天线扇扫、圆周扫描及俯仰运动；模拟雷达的故障分析及训练考核。3模拟器硬件设计3.1 系统组成雷达综合训练模拟器硬件主要由模拟雷达、10/100M自适应集线器HUB、教员工作台及学员工作台组成。其中模拟雷达包括模拟控制面板、适配器、数据采集卡、仿真机、雷达信号产生器、天线驱动电路、模拟天线及电源系统等。雷达综合训练模拟器整个系统构成一个局域网，该网络为星状拓扑结构连接的高速以太网，所有的网络设备都分别连接到集线器上，各计算机之间的通信都通过集线器，这样不会因网络上某一个接头、接点短路、断路而造成整个网络
4、无法运行。系统框图如图1所示。 图1 雷达综合训练模拟器组成框图3.2 模拟雷达模拟雷达是整个系统的核心，对于某具体设备而言, 其模拟控制面板的结构形式、状态指示、开关机顺序及搜索、跟踪方式与实际设备一致。这样只需更换控制面板即可实现对多种雷达的训练。模拟控制面板主要包括各种开关、指示灯、电位器等。根据雷达的开关顺序，实时显示雷达气象、搜索、导航等工作状态，假设有不正常操作,立即报警提示。适配器主要包括信号电平转换电路、阻抗匹配电路、限流保护电路、信号去抖动电路、开关量编码电路等，以保证数据采集卡的平安工作。数据采集卡选用美国NI公司生产的PCI-6025E卡。它提供16路单端/8路差分模拟输
5、入通道，采用12位A/D转换器，采样率为200Ks/S，是雷达各种增益控制旋钮、天线俯仰旋钮、横滚控制旋钮等模拟信号的输入通道；该卡还提供2路输出速率为10Ks/S的模拟输出通道，每一路通道均采用可编程增益放大器，放大倍数有0.5、1.0、10.0、100.0四种，利用该功能设计成雷达信号产生器，生成雷达状态所需信号，如天线俯仰信号、方位扫描信号、触发脉冲信号等，通过适配器变换输出到模拟控制面板供学员实际测量使用；该卡还提供32路5 V/TTL数字I/O通道，其中有8位常用的数字I/O接口(DIO)，每位的输入输出状态可通过软件控制，是雷达型号选择、故障显示、天线工作方式选择等信号的输入输出通
6、道；另外该卡采用82C55A可编程并行接口芯片扩展了三个8位数字I/O口，是雷达功能选择、状态选择等开关量信号的输入通道。PCI-6025E还提供20MHz、24位计数器/定时器，利用该功能可设计成虚拟示波器或频率计，训练学员对雷达状态信号周期、频率及时间间隔的测量。仿真机采用工业控制计算机，完成模拟雷达整个系统的控制及雷达显示画面的动态变化，是模拟雷达工作的核心。天线驱动电路主要包括方位扫描驱动电路和俯仰运动驱动电路，用来带动天线完成扇扫、圆周扫描及俯仰运动。4模拟器软件设计模拟器软件采用LabWindows/CVI6.0软件开发平台，利用语言编程，使用多窗口管理技术、仿真技术和网络通信技术
7、，界面菜单具有交互性强、修改参数方便及人机界面友好等优点。软件设计采用模块化结构,由主控模块、界面菜单模块、自检及告警模块、数据采集模块、雷达信号产生模块、雷达信号处理模块、网络通信模块、排故及维护模块等组成,如图2所示。 图2模拟器软件结构框图主控模块完成模拟器各软件模块工作的协调与控制。界面菜单模块由显示控制面板模块、点对点通信模块、故障设定模块及训练环境设定模块组成，完成雷达软面板的开机调整、线路连接及虚拟波形仿真测试，实现操作界面的设定。数据采集模块主要完成数据采集卡的自检、配置，完成对模拟控制面板的状态采集以确定雷达的工作状态。雷达信号产生模块主要是利用PCI-6025E采集卡的模拟
8、输出通道产生雷达的状态信号，如脉冲调制信号、系统触发信号、天线俯仰、横滚信号等，以训练学员对实际测量仪器的使用。雷达信号处理模块主要包括天线扫描及驱动模块、字符产生模块、航迹线及量程刻度产生模块、目标图像产生模块等程序，实现雷达显示画面的动态显示。网络通信模块主要完成教员工作台与各学员工作台、模拟雷达之间的通信，实现教员对学员操作的实时监控。自检及告警模块主要对模拟器整机、PCI-6025E采集卡的工作情况进行自检，一旦发现故障，红灯显示进行告警。论文格式。排故及维护模块完成模拟雷达设置的性能参数、开关、保险丝、连接电缆等故障的模拟，同时对雷达的原理电路典型故障现象进行模拟,并给出故障诊断流程
9、图。论文格式。5 关键技术5.1 虚拟仿真技术虚拟仿真技术指利用计算机强大的图形、图象处理功能模拟实际环境，实现特殊的功能效果或理论预测效果，其核心技术是模型构建与实时仿真，虚拟仿真技术是当前研制各类模拟器的关键技术。论文格式。气象雷达主要探测气象云团从而保障航行平安，而建立气象云团的动态数学模型是非常困难的，为增强雷达图像的逼真效果，结合目标回波的实际特点，我们采用图像与图形相结合的方式模拟雷达图像，先对实际设备在不同工作状态下的雷达画面拍照，经扫描转换后由图像处理软件photoshop进行几何变换、渲染着色和透视处理，得到雷达在不同工作状态下较真实感的位图图象，然后利用三维图形标准Open
10、GL软件视区变换和纹理映射技术解决由于工作状态变化而导致显示画面变化的问题，从而实现雷达存储扫描、动态显示的特点。为使运动图像不闪烁，在内存中设置局部双缓存的动画工作方式。为了增强显示器面板与控制面板的仿真效果，在实际中也采用图像与图形相结合的方式，先对事物拍照、扫描并使用图像软件photoshop处理后获取它们的外形位图，然后再用图形生成的方法调入LabWindows/CVI中的图形控件作为实际操作的界面。用这种方法实现雷达操作界面接近实际设备，仿真效果好，某雷达操作界面如图3所示。图3 雷达训练模拟器操作面板5.2网络技术雷达综合训练模拟器是由教员工作台、模拟雷达、学员工作台构成的局域网络
11、系统，教员工作台为事实上的主控机，选用Windows 2000操作系统，各学员工作台也选用Windows2000操作系统，网络通信采用TCP/IP协议和UDP协议两种方式。在系统运行中由教员工作台设定训练工程、故障模式并发送到模拟雷达及各学员工作台，为此编写了播送式通信UDP协议实现这一功能；同时为了加强教员的监控，模拟雷达及各学员工作台的操作又要实时传送到教员工作台，通过点对点式通信TCP/IP协议实现这一功能；为到达实时监控的目的，通信中须尽量减少信息的传输量，在实际中信息传送的仅是模拟控制面板上各开关、旋钮的状态值，而由各开关、旋钮的变化造成雷达画面的动态显示都在各自工作台上实现。从实际
12、运行效果看，各工作台之间几乎同步变化，效果比拟满意。6 结束语雷达训练模拟器是集计算机仿真技术、多媒体技术及网络通信技术于一体的新装备综合模拟训练器，经院校连续三年教学使用，认为该训练模拟器具有设计思想先进、性能稳定、可靠性高、仿真效果好和自动化程度高等优点, 真正做到了“全过程、全方位、全天侯训练，不仅满足了部队新装备日常训练和科技练兵的需要，而且对提高装备的维修技能、延长了装备寿命，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.?PCI-6023E/6024E/6025E User Manual?美 National Instruments.COM2 警戒雷达模拟器的设计与实现，吴建辉,杨宏文,宋锐,郁文贤; 系统仿真学报 2002.103 机载前下视激光雷达成像仿真 ,殷蔚明,柳健,田金文;计算机仿真.2002 74 OpenGL在空投鱼雷弹道视景仿真系统开发中的应用.袁绪龙,张宇文,刘乐华.电脑开发与应用.2002.115?RDR系列机载气象雷达? 初晓军 西安:
