基于北斗的雷达组网链路系统的硬件设计1 系统设计随着战场电磁环境越来越复杂的情况，单部雷达在面对电子干扰系统时越来越难发挥收集信息的作用。

而组网雷达能使各部雷达之间相互协调，进而使每部雷达得到充分利用，进而发挥出雷达组网的优势，使得信息得到有效地吸收。

那么如何使雷达组网内的有效信息传输给指挥中心就显得极为重要。

本文就是基于雷达组网背景下，设计基于北斗系统的数据链路传输系统，进而完成空情信息和指挥命令的传递。

根据作战想定和系统功能，情报雷达网的系统功能框图如图1所示。

其工作过程为：由目标指示雷达发现敌方目标，获取目标信息，同时通过北斗的授时获取该目标的录取时间，通过定位服务解算该目标的相对位置，从而构成标准的目标情报信息。

在常规情况下，将目标情报直接由无线或有线通信方式传递给指控中心，同时指控中心通过北斗获取时间、位置信息，将多个雷达传递来的情报进行信息融合，获得战场态势。

通过对战场态势的实时分析，对各雷达分别发送作战指令，常规情况下通过无线或有线通信，将指令情报传递给各雷达，各雷达根据作战指令进行实时作战部署。

在应急情况下，常规通信方式将由北斗短报文通信替代，同时雷达在发送情报时，由于短报文容量限制，先进行情报筛选后再发送。

此时，指控中心在进行信息融合时，将使用针对应急情况下的信息融合系统，对有限的情报信息进行有效的处理。

空情目标图1 基于北斗的卫星导航系统的情报雷达网系统功能框图一个完备的防空系统必定包含多个作战子系统，所以防空系统必定建立在一个复杂的拓扑结构上。

为了使防空系统得拓扑结构的复杂程度降低，使情报雷达网的拓扑结构设计的简单有效。

本文采用星型拓扑结构设计雷达网，如图2所示，拓扑结构的中央结点设计为指控中心，各部雷达设计在分布结点上。

中央结点与各分部结点通过常规的有线或无线通信方式进行情报传递，北斗短报文通信则作为情报传递备选方式，只在应急情况下使用。

常规通信方式不是本文研究重点，接下来只讨论在应急情况下使用北斗短报文的通信方式。

指控中心目标指示雷达1常规通信北斗短报文通信目标指示雷达2目标指示雷达3图2 情报雷达网的拓扑结构2 系统构成本文设计实现的系统主要由北斗系统和雷达组网链路系统组成。

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统，目前能够快速实时为中国及其周边区域提供定位、授时和短报文通信服务，广泛应用于军事通信、交通、海洋、气象、水利和测绘等领域。

雷达组网链路系统主要由雷达数据收发单元和雷达数据管理单元两大功能模块组成：雷达数据收发单元主要由通讯接口转换单元、北斗通信终端、ARM 模块、北斗天线、备用数据输出、原雷达组网系统模块组成；雷达数据管理单元主要由数据处理模块、数据通信接口、北斗指挥机、北斗天线、指控系统(ET-90B)、原数据输入、备用数据输出等功能模块组成。

基于北斗的雷达组网链路系统框图如图3所示：图4-3 系统组成框图雷达组网链路系统是基于北斗的雷达组网系统的一个子系统，主要完成雷达数据的接收、传输和集中管理，具体功能如下：构建基于北斗通信的数据链路网；通过雷达上报数据接口接收雷达上报数据；按照协议解析上报数据，经过数据处理后转换成统一的协议输出；通过北斗通信链路接收加密密钥，利用加密密钥加密上报数据；对雷达上报数据进行筛选和压缩；雷达数据管理模块对接收到的雷达上报数据进行解密和解压，恢复通信协议帧，将数据发送到信息融合中心。

雷达组网链路系统数据处理流程：先从雷达上报口接收相关数据，通过内部处理单元解析上报数据的各种协议，采用数据筛选和数据压缩算法对数据进行处理，再通过密钥对数据进行加密处理，然后通过北斗通信系统将数据传输给后端雷达数据管理单元，雷达数据管理单元再对数据解压解密，经过数据恢复后传送给数据融合终端。

3 系统数据收发单元数据收发单元由雷达数据上报通信接口、电台接口、数据口、电源接口、数据处理模块、北斗通信接口和北斗通信天线组成。

通信接收转接模块采ARM处理器架构模式来完成通信接口的转接和数据处理转发，ARM处理器具有很好的数据处理能力和通信接口管理能力。

雷达数据收发单元设计框图如图4所示：北斗通信天线图4系统数据收发单元设计框图数据处理模块主要完成接收数据的协议解析、协议转换、数据解密、数据加密、数据筛选、数据压缩、数据存储和数据上传等功能，数据处理模块采用嵌入式处理器Cortex-M3，该处理器具有100MHz工作主频，可以提供快速的数据处理能力和流畅的界面切换能力，支持多路UART接口、CAN接口、USB接口、以太网口等通讯接口，具有强大的通讯功能。

雷达数据接口为RS232口，雷达网口形式为LAN接口，雷达数据通过RS232接口上传到雷达数据收发模块中进行数据处理。

数据经过协议转换后输出。

电台接口：电台接口为雷达数据上传到电台的接口。

数据接口：雷达数据通过数据接口上传到计算机终端。

电源接口：为模块提供12V电源。

数据处理模块：实现协议的解析、转换和数据的加密、压缩等功能，同时负责所接收密钥的管理。

北斗通信单元和北斗通信天线：该部分为独立模块，实现北斗通信协议的转换，数据的发送和接收。

4 系统数据收发单元系统数据管理单元主要完成对各个数据收发单元通过北斗终端设备上传数据的接收、解压、解码，通过密钥接口接收密钥然后向各个数据收发单元分发密钥。

雷达数据管理单元由北斗通信天线、北斗通信指挥机、数据处理模块、通信接口、原数据输入、备用数据输出组成。

设备主要硬件核心模块采用与收发单元相同的嵌入式Cortex-M3处理器，在外围接口上需要适应北斗终端机接口，数据上报接口、密钥分配接口等功能接口，通过嵌入式软件实现对于数据的存储与管理功能。

北斗通信天线和指挥机：作为一个独立模块形式，完成众多北斗通信节点数据的集中接收和分发功能；数据处理模块：完成接收数据的解密、解压和协议解析、转换等功能；通信接口：包括指挥机收到数据的输出接口，雷达数据管理单元的雷达数据上报口和雷达数据加密口。

雷达数据收发单元的设计如图5所示：图5 系统数据处理单元设计框图5 CPU模块数据处理模块的CPU采用的是LPC1768FBD100，LPC1768FBD100在系统数据收发单元中主要对从雷达接收到的信号进行处理，包括组包、压缩、加密等操作，完成信号的主要处理工作，LPC1768FBD100在系统数据处理单元中主要完成对各个数据收发单元通过北斗终端设备上传数据的接收、解压、解码，然后信号在做下一步处理。

LPC1768FBD100的最小系统原理图如图6所示：图6 LPC1768FBD100的最小系统原理图LPC1700系列微控制器最常用于用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应，LPC1700系列Cortex-M3微控制器的操作频率可达100MHz。

ARM Cortex-M3 CPU 具有3级流水线和哈弗结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的稍微低性能的第三条总线。

LPC1700系列Cortex-M3微控制器的外用到的设组件包含高达512KB的Flash存储器、64KB的数据存储器、以太网MAC、USB主机/从机OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4个UART、2条CAN通道、2个SSP控制器、SPI接口、3个I2C接口、2输入和2输出的I2S接口、8通道的12位ADC、10位ADC、电机控制PWM、正交编码器接口，4个通用定时器、6输出的通用PWM、带独立电池供电的超低功耗RTC和多达70个的通用I/O管脚。

一个嵌入式处理器自己是不能独立工作的，必须给他供电、加上时钟信号、提供复位信号、调试接口、存储器系统等才能工作，这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式处理器构成了这个嵌入式处理器的最小系统。

最小系统的框图如图4-6所示：图6 嵌入式最小系统框图5.1 调试接口LPC1768FBD100微控制器的调试方式为JTAG调试，可直接对所有存储器、寄存器和外设设备进行调试；调试阶段不需要目标资源；可跟踪端口，使得CPU 可以跟踪指令。

通过4位跟踪数据端口跟踪输出；8个断电，其中6个是指令断点，可以用来重映射修补代码的指令地址。

另外2个是数据比较器，可用来重映射修补文字的地址；4个数据观察点，可用于跟踪触发器。

JTAG引脚描述如表1所示：表1 JTAG引脚描述引脚类型TDO输出SWO输出TDI输入TMS输入SWDIO输入/输出输入TCK输入SWDCLK输入RTCK 输入/输出JTAG接口的测试数据复位JTAG接口的测试时钟串行线时钟JTAG接口的控制信号JTAG接口的测试模式选择串行调试数据输入/输出描述JTAG接口的测试数据输出串行线跟踪输出JTAG接口的测试数据输入在调试期间有许多限制，最关键的一点就是：由于Cortex-M3整体性方面（in 的考虑，LPC1700系列Cortex-M3微控制器不能通过常规方法从深度休眠模式和掉电模式中唤醒。

建议在调试期间不要使用这些模式。

另一个问题是，调试模式改变了Cortex-M3 CPU 内部的低功耗工作模式，这涉及到了整个系统。

这些差别意味着在调试期间不能进行电源测量，在测试期间测量的电源值比在普通操作期间测量的值高。

在调试阶段中，只要CPU 停止，系统节拍计时器和重复中断定时器就会自动停止。

其它外设不受影响。

如果设置的重复中断定时器的PCLK 频率低于CPU 的时钟频率，则重复中断定时器在某些调试操作（例如单步调试）期间不会按照规定加1。

若代码读保护使能，则不能对特定的器件进行调试。

5.2 LPC1768FBD100的时钟系统由于LPCI768 Cortex —M3微控制器的指令是在时钟节拍下有序地执行的，因此任何微控制器都需要时钟源。

常见的时钟源是通过外部接振荡器来实现的，除了外部接时钟源为LPCI768微控制器提供时钟源之外，还支持内置的RC 振荡器时钟源模式以及PLL 功能。

LPC1768FBD100的时钟产生如图7所示：图7 LPC1768FBD100微控制器的时钟产生LPCI768 Cortex—M3微控制器包括3个独立的振荡器，分别为主振荡器、内部RC振荡器和RTC振荡器。

每个振荡器可根据特定的应用要求来选用。

复位后，LPCI768 Cortex—M3微控制器自动选择内部RC振荡器作为系统的时钟源，用户可以通过软件方式修改时钟源选择寄存器。

这使得系统能在没有外部晶振的情况下运行，并允许Boot Loader代码在一个已知的频率下操作。

内部RC振荡器：内部RC振荡器(IRC)可用作看门狗定时器的时钟源，也可用作驱动锁相环和CPU的时钟源。

IRC的精度达不到USB接口的时间基准精度要求(USB接口需要一个更精确的时间基准以遵循USB规范)。

而且，如果CAN波特率高于100 kb／s，则IRC不应用于CANl／2模块。