反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試系統(tǒng)UI設(shè)計(jì)

摘要：為改善傳統(tǒng)反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試系統(tǒng)操作界面，采用S3C2440A處理器及wince6．0平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套適用于反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試的用戶界面，并通過觸摸屏來進(jìn)行操作，同時(shí)利用FPGA將測(cè)試系統(tǒng)中的模擬信號(hào)源控制部分進(jìn)行數(shù)字化，與用戶界面有機(jī)結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)易方便，反應(yīng)速度高效，易于維護(hù)升級(jí)等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；反輻射導(dǎo)彈；觸摸屏用戶界面；FPGA

抗誘騙性是反輻射導(dǎo)彈的一個(gè)重要指標(biāo)，而反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性的測(cè)量也是導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)重要項(xiàng)目。本文在傳統(tǒng)的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試系統(tǒng)中，結(jié)合當(dāng)前流行的觸摸屏技術(shù)，將嵌入式系統(tǒng)引入到反輻射導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，為系統(tǒng)的使用帶來全新體驗(yàn)。同時(shí)，為將觸摸屏技術(shù)完美的與測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合，又需要對(duì)雷達(dá)模擬信號(hào)源進(jìn)行數(shù)字化改造。在以上的背景下，本文設(shè)計(jì)了一款基于ARM+FPGA平臺(tái)的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試系統(tǒng)界面，并做出實(shí)際電路，經(jīng)使用，測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行正常，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到要求，人機(jī)界面操作方便，簡(jiǎn)單可靠，反應(yīng)迅速。

1 設(shè)計(jì)過程
1．1 整機(jī)構(gòu)成
整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)包括雷達(dá)模擬信號(hào)源，被測(cè)導(dǎo)彈，天線3部分組成。雷達(dá)模擬信號(hào)源由以下3部分組成：人機(jī)交互界面，數(shù)字控制及數(shù)字視頻信號(hào)產(chǎn)生和模擬電路部分。人機(jī)交互界面在廣州友善之臂計(jì)算機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的mini2440嵌入式開發(fā)平臺(tái)上開發(fā)完成；數(shù)字控制信號(hào)及視頻信號(hào)由Spartan Xc3s400產(chǎn)生；模擬電路部分包括數(shù)字可調(diào)鎖相環(huán)，混頻器，數(shù)字衰減器等部分構(gòu)成。
本次開發(fā)的GUI程序及數(shù)字平臺(tái)是測(cè)試系統(tǒng)中的雷達(dá)模擬信號(hào)源部分中的前兩部分。根據(jù)實(shí)際的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試的要求，本文實(shí)現(xiàn)了具有圖形接口界面的測(cè)試控制平臺(tái)，具有界面美觀，交互性強(qiáng)等特點(diǎn)。
1．2 硬件平臺(tái)
硬件平臺(tái)分兩部分，一部分是以ARM為主的mini2440開發(fā)板，用于實(shí)現(xiàn)觸摸屏人機(jī)界面；一部分是以FPGA為主的數(shù)字控制及視頻信號(hào)產(chǎn)生功能模塊。ARM開發(fā)板采用Samsung公司的S3C2440A微處理器，S3C2440A是基于ARM9的32位RISC型CPU，主頻采用400 MHz，安裝Wince6．0操作系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)界面軟件，LCD采用分辨率為800x480的7”觸摸屏，開發(fā)板上還有其它常用外圍設(shè)備；XC3s400是Xilinx公司的Spartan3系列的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，擁有40萬門電路構(gòu)成，其中有8 064個(gè)邏輯單元。FPGA功能模塊上的串口RS232電平轉(zhuǎn)換芯片采用的是Sipex公司的SP3223，該芯片可以工作在+3．0～+5．5 V的電壓范圍，外圍器件僅需四個(gè)0．1μF的電容即可正常工作，方便快捷，穩(wěn)定可靠，硬件邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．3 軟件結(jié)構(gòu)
軟件平臺(tái)采用Wince6．0操作系統(tǒng)，圖形界面采用MFC智能設(shè)備應(yīng)用程序，并安裝mini2440開發(fā)板帶有的wince6．0的sdk，在Visual studio 2008環(huán)境下進(jìn)行交叉編譯開發(fā)，最后通過Windows Mobile 6．1進(jìn)行在線程序調(diào)試。
由于本文中ARM系統(tǒng)采用的是友善之臂提供的mini2440開發(fā)板因此開發(fā)過程大大得到簡(jiǎn)化，開發(fā)步驟主要包括：FPGA模塊電路板設(shè)計(jì)與制作，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)開發(fā)；配置VS2008開發(fā)環(huán)境，GUI應(yīng)用程序設(shè)計(jì)；ARM板與FPGA板聯(lián)調(diào)。

2 測(cè)試系統(tǒng)GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
根據(jù)反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測(cè)試系統(tǒng)的功能要求，GUI應(yīng)包含一下幾個(gè)可選項(xiàng)：1)雷達(dá)信號(hào)載波頻率；2)雷達(dá)信號(hào)，誘餌信號(hào)1，誘餌信號(hào)2脈沖寬度；3)雷達(dá)信號(hào)誘餌信號(hào)功率比；4)重頻PRF；5)雷達(dá)信號(hào)誘餌信號(hào)相位關(guān)系；6)雷達(dá)誘餌信號(hào)通道開關(guān)；7)是否相參，是否閃爍；8)小鍵盤，方便用戶輸入?yún)?shù)。
MFC提供了豐富的窗口控件，這里主要用到了對(duì)話框，Button按鈕控件，Check Box單選框控件，Image圖像控件，Static Text靜態(tài)文本控件，Edit Contrd等等。在VS2008中交叉編譯通過后，通過windows Mobile6．1連接開發(fā)板，進(jìn)行在線的調(diào)試，調(diào)試成功后就可以直接拷到mini2440的flash上。運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。

當(dāng)用戶觸碰需要點(diǎn)擊的文本框時(shí)，就會(huì)彈出一個(gè)方便用戶輸入的小鍵盤界面。
用戶將參數(shù)輸完后，點(diǎn)擊設(shè)置鍵，此時(shí)mini2440通過串口將信息發(fā)送給FPGA。為同步數(shù)據(jù)，將每個(gè)數(shù)據(jù)包的開頭加入起始位，用來進(jìn)行同步。數(shù)據(jù)包如圖3所示。

3 FPGA模塊設(shè)計(jì)
此部分是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，用于將用戶命令轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)來控制各個(gè)器件的工作狀態(tài)，其中被控器件包括數(shù)字鎖相環(huán)，數(shù)字衰減器，F(xiàn)PGA同時(shí)產(chǎn)生視頻信號(hào)。
FPGA內(nèi)部主要包舍有3個(gè)模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
在串口模塊中，主要分為3大部分，串口底層模塊，包頭檢測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其中串口底層模塊設(shè)計(jì)框圖圖5所示。

外圍器件SP3223將BS232電平轉(zhuǎn)換為CMOS電平并通過Rx傳給FPGA。當(dāng)使能有效時(shí)，UART模塊首先檢測(cè)起始位，如果有效，則屏蔽信號(hào)監(jiān)測(cè)器，由UART內(nèi)核按波特率時(shí)鐘對(duì)八位數(shù)據(jù)位進(jìn)行同步接收，并判斷最后一位終止位是否為‘1’，如果滿足要求，則將此幀數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，并給狀態(tài)信號(hào)上置10個(gè)時(shí)鐘周期的高電平。讀完九個(gè)數(shù)據(jù)后，重新使能信號(hào)監(jiān)測(cè)器等待下幀數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中波特率設(shè)為19 200，全局時(shí)鐘為50 MHz，分頻器分頻系數(shù)用以下公式計(jì)算divide=freq／baudrate≈2 604。
當(dāng)串口模塊處理完一包數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)包以數(shù)組的形式傳給操作模塊，并使能操作模塊。操作模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)包解碼，將數(shù)據(jù)包拆包，將數(shù)據(jù)分別傳給視頻信號(hào)產(chǎn)生器和相應(yīng)I／O端口。
由于三路視頻信號(hào)之間存在相位關(guān)系，因此以第一路雷達(dá)信號(hào)為基準(zhǔn)，設(shè)定一個(gè)較大的統(tǒng)一延時(shí)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加減，即為各路視頻信號(hào)的相位信息。這種方法簡(jiǎn)單高效。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果
反輻射導(dǎo)彈抗誘騙信號(hào)模擬器整機(jī)實(shí)物圖及觸摸屏控制面板如圖6所示。

對(duì)于不同的參數(shù)設(shè)置，三路信號(hào)典型輸出波形的測(cè)試結(jié)果如圖7所示，其中從上到下的通道依次為雷達(dá)，誘餌1，誘餌2三個(gè)通道。

在實(shí)際使用當(dāng)中，本GUI運(yùn)行正常，操作界面簡(jiǎn)單易懂，實(shí)際操作中，反應(yīng)速度迅速，沒有遲滯感，在點(diǎn)擊輸入框時(shí)出現(xiàn)的小鍵盤，按鍵面積大，對(duì)輸入數(shù)據(jù)有很大幫助，使用過程中，也沒有出現(xiàn)誤操作。圖7是在不同脈寬，不同相位，不同功率的情況下信號(hào)源所產(chǎn)生的結(jié)果，由數(shù)字示波器采樣得到的，測(cè)試結(jié)果與設(shè)置符合一致，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論
本文是在原有的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙測(cè)試系統(tǒng)上，引入觸摸屏技術(shù)，按照測(cè)試系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用要求設(shè)計(jì)操作界面，簡(jiǎn)潔高效，操作方式新穎；在雷達(dá)模擬探部分采用數(shù)字化本振源，用FPGA作為源的控制器及視頻信號(hào)的產(chǎn)生器，使得界面與系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也更加靈活，可靠。最后通過調(diào)試安裝，系統(tǒng)成功應(yīng)用于反輻射導(dǎo)彈的測(cè)試系統(tǒng)中，為反輻射導(dǎo)彈性能的測(cè)試提供了便利。