反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試系統(tǒng)UI設(shè)計
摘要:為改善傳統(tǒng)反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試系統(tǒng)操作界面,采用S3C2440A處理器及wince6.0平臺,設(shè)計了一套適用于反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試的用戶界面,并通過觸摸屏來進行操作,同時利用FPGA將測試系統(tǒng)中的模擬信號源控制部分進行數(shù)字化,與用戶界面有機結(jié)合,現(xiàn)場測試表明,該系統(tǒng)具有人機界面友好,操作簡易方便,反應(yīng)速度高效,易于維護升級等特點。
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)彈的一個重要指標(biāo),而反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性的測量也是導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的一個重要項目。本文在傳統(tǒng)的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試系統(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)彈測試系統(tǒng)當(dāng)中,為系統(tǒng)的使用帶來全新體驗。同時,為將觸摸屏技術(shù)完美的與測試系統(tǒng)結(jié)合,又需要對雷達模擬信號源進行數(shù)字化改造。在以上的背景下,本文設(shè)計了一款基于ARM+FPGA平臺的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試系統(tǒng)界面,并做出實際電路,經(jīng)使用,測試系統(tǒng)運行正常,各項參數(shù)達到要求,人機界面操作方便,簡單可靠,反應(yīng)迅速。
1 設(shè)計過程
1.1 整機構(gòu)成
整個測試系統(tǒng)包括雷達模擬信號源,被測導(dǎo)彈,天線3部分組成。雷達模擬信號源由以下3部分組成:人機交互界面,數(shù)字控制及數(shù)字視頻信號產(chǎn)生和模擬電路部分。人機交互界面在廣州友善之臂計算機科技有限公司生產(chǎn)的mini2440嵌入式開發(fā)平臺上開發(fā)完成;數(shù)字控制信號及視頻信號由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)字平臺是測試系統(tǒng)中的雷達模擬信號源部分中的前兩部分。根據(jù)實際的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試的要求,本文實現(xiàn)了具有圖形接口界面的測試控制平臺,具有界面美觀,交互性強等特點。
1.2 硬件平臺
硬件平臺分兩部分,一部分是以ARM為主的mini2440開發(fā)板,用于實現(xiàn)觸摸屏人機界面;一部分是以FPGA為主的數(shù)字控制及視頻信號產(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)場可編程門陣列,擁有40萬門電路構(gòu)成,其中有8 064個邏輯單元。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)境下進行交叉編譯開發(fā),最后通過Windows Mobile 6.1進行在線程序調(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)過程大大得到簡化,開發(fā)步驟主要包括:FPGA模塊電路板設(shè)計與制作,F(xiàn)PGA設(shè)計開發(fā);配置VS2008開發(fā)環(huán)境,GUI應(yīng)用程序設(shè)計;ARM板與FPGA板聯(lián)調(diào)。
2 測試系統(tǒng)GUI設(shè)計與實現(xiàn)
根據(jù)反輻射導(dǎo)彈抗誘騙性測試系統(tǒng)的功能要求,GUI應(yīng)包含一下幾個可選項:1)雷達信號載波頻率;2)雷達信號,誘餌信號1,誘餌信號2脈沖寬度;3)雷達信號誘餌信號功率比;4)重頻PRF;5)雷達信號誘餌信號相位關(guān)系;6)雷達誘餌信號通道開關(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。運行結(jié)果如圖2所示。
當(dāng)用戶觸碰需要點擊的文本框時,就會彈出一個方便用戶輸入的小鍵盤界面。
用戶將參數(shù)輸完后,點擊設(shè)置鍵,此時mini2440通過串口將信息發(fā)送給FPGA。為同步數(shù)據(jù),將每個數(shù)據(jù)包的開頭加入起始位,用來進行同步。數(shù)據(jù)包如圖3所示。
3 FPGA模塊設(shè)計
此部分是整個系統(tǒng)的中樞,用于將用戶命令轉(zhuǎn)換為控制信號來控制各個器件的工作狀態(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同時產(chǎn)生視頻信號。
FPGA內(nèi)部主要包舍有3個模塊,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,數(shù)據(jù)存儲。其中串口底層模塊設(shè)計框圖圖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,UART模塊首先檢測起始位,如果有效,則屏蔽信號監(jiān)測器,由UART內(nèi)核按波特率時鐘對八位數(shù)據(jù)位進行同步接收,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)信號上置10個時鐘周期的高電平。讀完九個數(shù)據(jù)后,重新使能信號監(jiān)測器等待下幀數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中波特率設(shè)為19 200,全局時鐘為50 MHz,分頻器分頻系數(shù)用以下公式計算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)分別傳給視頻信號產(chǎn)生器和相應(yīng)I/O端口。
由于三路視頻信號之間存在相位關(guān)系,因此以第一路雷達信號為基準(zhǔn),設(shè)定一個較大的統(tǒng)一延時量,在此基礎(chǔ)上進行加減,即為各路視頻信號的相位信息。這種方法簡單高效。
4 系統(tǒng)測試結(jié)果
反輻射導(dǎo)彈抗誘騙信號模擬器整機實物圖及觸摸屏控制面板如圖6所示。
對于不同的參數(shù)設(shè)置,三路信號典型輸出波形的測試結(jié)果如圖7所示,其中從上到下的通道依次為雷達,誘餌1,誘餌2三個通道。
在實際使用當(dāng)中,本GUI運行正常,操作界面簡單易懂,實際操作中,反應(yīng)速度迅速,沒有遲滯感,在點擊輸入框時出現(xiàn)的小鍵盤,按鍵面積大,對輸入數(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源所產(chǎn)生的結(jié)果,由數(shù)字示波器采樣得到的,測試結(jié)果與設(shè)置符合一致,達到了設(shè)計要求。
5 結(jié)論
本文是在原有的反輻射導(dǎo)彈抗誘騙測試系統(tǒng)上,引入觸摸屏技術(shù),按照測試系統(tǒng)實際應(yīng)用要求設(shè)計操作界面,簡潔高效,操作方式新穎;在雷達模擬探部分采用數(shù)字化本振源,用FPGA作為源的控制器及視頻信號的產(chǎn)生器,使得界面與系統(tǒng)有機結(jié)合,同時系統(tǒng)設(shè)計也更加靈活,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)彈的測試系統(tǒng)中,為反輻射導(dǎo)彈性能的測試提供了便利。