基于雷達組網遠程監控系統設計與實現

摘要：針對雷達組網系統對遠端雷達站監控的需要，提出了一種雷達遠程監控系統設計方法。采用高性能TMS320DM642處理器作為系統硬件平臺，應用其高速處理性能和片上集成外設端口功能，實現對雷達狀態視頻信號采集及數據壓縮處哩，利用其IP端口完成遠程數據傳輸。該系統嵌入遠端雷達站，以視頻方式收集雷達工作狀態信息并上傳；雷達組網系統接收并顯示各雷達視頻信息，實現了遠程監控。
關鍵詞：雷達；TMS320DM642；遠程監控；IP通信

雷達組網是將不同頻段、不同體制、不同功能的多部雷達進行優化布站綜合使用，充分發揮各單站雷達功能，達到監測空間擴展和情報信息融合與共享等目的。近年來雷達組網技術在氣象預報、航空航天、國防等領域得到了廣泛的應用，隨著組網系統內的雷達站數量不斷增加，設備的分布區域隨之迅速拓展，各雷達站提供的數據和信息，越來越難以滿足發展的需要了。雷達組網系統管理需要了解更詳細的雷達工作狀態信息，另外在多源信息融合處理等方面，各雷達工作的細節情況越來越被重視。本設計旨在組網系統的各類雷達內部嵌入遠程監控系統，通過視頻方式收集雷達工作狀態信息，將包含雷達信息的視頻信號轉換成數字信號，壓縮處理后通過IP網絡上傳；雷達組網系統監控中心復原并顯示各雷達現場視頻信息，隨時掌握所有雷達的當前運行情況，對遠端雷達實行有效的管理。

1 系統方案設計
雷達組網系統監控中心既要了解遠端雷達工作狀態，也要掌握雷達設備外部周邊情況。每部雷達狀態信息在其系統控制臺和伺服控制臺都有集中顯示，因此可直接從控制臺獲取雷達狀態視頻信息，而雷達外部周邊情況只有通過攝像方式獲取。采用視頻方法收集雷達現場工作信息，在信息采集過程不會對設備產生任何影響，獲取內容豐富且方法簡捷高效；同時也便于監控中心信息復原處理，可達到狀態信息顯示的一致。盡管各部雷達在體制及用途等方面有所不相同，但監控中心對其監管基本相同，因此設計是以不影響現有雷達功能為前提，滿足任何種類的雷達安裝使用。系統首先將雷達內部信息和外部情況轉換為標準模擬視頻信號，然后把包含雷達狀態信息的模擬視頻信號轉化成數字視頻信號，最后將數字視頻信號壓縮處理并通過網絡上傳到監控中心。
1．1 DSP平臺的選擇
由于系統采集的視頻數據量較大，同時需要對其進行實時處理，且還要完成數據網絡傳輸，因此選擇能夠滿足系統要求的、速度快、功能強大的數字信號處理器是十分重要的。TMS320DM642是TI推出的一款面向數字多媒體應用的32位定點高性能DSP，有3種時鐘頻率可選，最高處理速度達720 MIPS；它是在TI的C64xDSP內核的基礎上，集成了完備的視頻／音頻的輸入／輸出接口、以太網接口、PCI-66總線等片上外設。該處理核為VelociTI．2結構，采用高級的超長指令字(VLIW)結構和多級流水線機制，8個獨立高速處理單元，使得在一個指令周期能夠并行處理8條32位的指令。應用該DSP處理器不僅會極大地提高視頻圖像處理的速度，而且使算法的選擇更為靈活和多樣化。
TMS320DM642處理器有利于系統構成五個主要特點：超長指令字VelociTI．2體系結構、增強的并行處理機制及二級緩存結構，保障數據處理運行高效率；3個可編程視頻端口，可與視頻編解碼芯片無縫連接，簡化接口設計且增強了系統的可靠性；外部存儲器接口64位EMIF可與SDRAM，SB-SRAM和SRAM等同步／異步存儲器的直接連接，便于存儲空間的擴展和大量數據的存??；集成10 Mb／s／100 Mb／s自適應模式以太網接口，可為系統構建一條100 Mb／s的高速以太網接口；提供了多通道DMA／EDMA控制器和通用GPIO輸入／輸出端口等，便于系統管理與控制。
1．2 系統組成
遠程視頻監控系統由DSP處理器、攝像機、信號轉換器、視頻解碼器、CPLD控制器、圖像存儲器SDRAM、程序存儲器FLASH、網絡傳輸接口等部分組成，系統結構如圖1所示。

每部雷達至少需要向監控中心提供4路視頻信息，才能較全面反映雷達現場工作情況。系統利用視頻采集的方式收集雷達工作狀態信息，視頻信息主要包括雷達系統內部信息和工作環境外部情況。設備內部信息由2路信號轉換器從雷達系統監控臺和伺服控制臺的顯示設備上錄??；設備外部情況由安裝在雷達站的2路攝像機直接攝取，主要是人員操作與設備周邊等情況。由于DSP不能直接處理模擬視頻信號，必須將采集的模擬視頻信號轉換成為符合ITU-R BT．656標準的數字信號，4片TVP5150高性能視頻解碼器承擔模擬視頻信號的數字轉換處理工作。
TMS320DM642主頻配置為600 MHz，處理能力為4 800 MIPS，滿足系統數據處理需要。為了滿足數據處理要求，通過EMIFA在CE0空間外擴2片SDRAM存儲器，系統的存儲空間擴展為32 MB。同時通過EMIFA在CE1空間外擴展了一片4MB FLASH作為程序存儲器，當系統上電或復位啟動時，自動從程序存儲器上加載程序代碼。應用片內部的以太網控制器外設使用外擴物理層器件，構建一條100Mb／s的高速以太網接口。采用CPLD搭建系統控制電路，避免了復雜的硬件設計，集中管理系統內的控制信號，主要包括總線控制、地址譯碼、同步控制信號、使能及中斷信號等。
1．3 主要工作流程
系統上電后，首先初始化DSP處理器，然后初始化PLL、GPIO、相關中斷寄存器、設置視頻端口及視頻解碼器，等待中斷信號。4路現場采集的PAL制式視頻信號，經過對應的視頻解碼器TVP5150處理，轉換成8 b的ITUBT．656格式的數字視頻信號，相應的行、場同步等同步信息打包成內嵌同步頭信號，一起送入DSP對應的視頻VP接口。各路模擬視頻信號經過解碼器轉換成數字信號后，傳送到DSP的數字視頻接口VP，通知DSP讀取的一幀內的圖像數據，存放到一個臨時的緩沖空間里，一幀圖像緩沖空間滿后觸發中斷；DSP接收到中斷后，將緩沖空間里的數據放到圖像緩存SDRAM中。DSP依次對圖像緩存SDRAM中的每路的整幀視頻信號進行壓縮編碼等處理，將處理后的數據寫入輸出緩存SDRAM中。當寫外部接口條件滿足，DSP將處理后的數據從輸出緩存SDRAM中讀出，經以太網輸出向雷達組網系統監控中心發送。雷達組網系統監控中心通過IP地址訪問各雷達站，接收雷達視頻數據信息，經過解碼回放以多屏切換顯示方式監視遠端雷達的工作情況。