以DSP為核心的機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端設(shè)計(jì)流程詳解

0 引言

導(dǎo)彈研制過程中為考核其抗干擾性指標(biāo)，需要在靶機(jī)上加裝紅外干擾源的投放裝置，在靶機(jī)起飛后的特定時(shí)間段內(nèi)，按一定的投放序列完成紅外干擾彈的投放，在靶機(jī)周圍形成與靶機(jī)紅外輻射特征相似的紅外輻射源，對導(dǎo)彈進(jìn)行干擾。

以往使用的投放裝置，其投放模式基本都是比較固定的：一次性全部投放或以固定時(shí)間間隔進(jìn)行投放，并且投放模式的設(shè)置都是在靶機(jī)起飛前固化在裝置內(nèi)，無法進(jìn)行再次修改。這種比較固定的投放模式不能充分驗(yàn)證導(dǎo)彈的抗干擾性能指標(biāo)，同時(shí)當(dāng)靶機(jī)上天后發(fā)現(xiàn)投放模式設(shè)置有誤或臨時(shí)需更改投放模式時(shí)，無法進(jìn)行再次重新加載，浪費(fèi)試驗(yàn)機(jī)會(huì)，這些因素嚴(yán)重制約了導(dǎo)彈靶場試驗(yàn)的有效開展。

以DSP為控制核心的機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端，利用無線數(shù)傳電臺(tái)接收來自地面站的控制指令，對接收到的無線通信數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)、接收和存儲(chǔ)，完成投放模式的設(shè)置及點(diǎn)火指令的響應(yīng)，利用處理器的數(shù)字I／O信號(hào)完成紅外干擾源的點(diǎn)火控制，實(shí)現(xiàn)靶機(jī)的投放任務(wù)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1．1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由通信單元、電源單元、控制單元及執(zhí)行單元4個(gè)部分組成。通信單元利用無線數(shù)傳電臺(tái)負(fù)責(zé)與地面站的遠(yuǎn)程通信；電源單元對靶機(jī)上的直流供電進(jìn)行隔離與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)投放控制終端用電的匹配；控制單元一方面接受來自地面站的指令，完成投放模式的配置，并根據(jù)指令完成對執(zhí)行單元的控制，同時(shí)將終端的狀態(tài)通過通信單元反饋到地面站；執(zhí)行單元接收控制單元的指令，對靶機(jī)上的每一個(gè)紅外干擾彈單獨(dú)進(jìn)行投放控制。

圖1所示為機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。

1．2 通信單元設(shè)計(jì)

圖2所示為通信單元原理圖。

通信單元主要由無線數(shù)傳電臺(tái)和電平轉(zhuǎn)換芯片組成，完成無線數(shù)據(jù)通信功能。無線數(shù)傳電臺(tái)采用Max Stream公司的9Xtend-PKG-R跳頻數(shù)傳電臺(tái)模塊。該模塊的主要特點(diǎn)是：在相同發(fā)射功率的情況下采用擴(kuò)頻通信方式可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。同時(shí)利用該模塊的FHSS跳頻擴(kuò)頻方式和AES數(shù)據(jù)加密功能，可避免其他無線系統(tǒng)的射頻干擾。

機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端與地面站各使用一個(gè)同型號(hào)無線數(shù)傳電臺(tái)，這樣控制終端和地面站之間的通信數(shù)據(jù)可以直接從數(shù)據(jù)口取出使用，不用經(jīng)過特殊設(shè)置。無線數(shù)傳電臺(tái)使用內(nèi)置RS 232總線接口與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用MAX232AMJE芯片完成數(shù)據(jù)收發(fā)電平的轉(zhuǎn)換。

1．3 控制單元設(shè)計(jì)

控制單元硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。處理器采用TI公司的TMS320F240，該處理器提供10位分辨率的A／D、16位精度的定時(shí)器功能、16位精度的看門狗定時(shí)器，全雙工的串行接口，片內(nèi)集成32 KB FLASH程序存儲(chǔ)器。在控制單元設(shè)計(jì)中，片外擴(kuò)展了64 KB的程序存儲(chǔ)器和64 KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。TMS320F240具備開發(fā)IPA系統(tǒng)的硬件條件，只需借助RS 232串行通信口，通過在FLASH自定義的段中放置加載代碼，利用這段代碼擦寫FLASH、讀取程序存儲(chǔ)器中的代碼，實(shí)現(xiàn)線編程。

復(fù)位邏輯電路主要用于提高系統(tǒng)的可靠性，采用專用的復(fù)位邏輯芯片MAX705MJA來完成系統(tǒng)的可靠復(fù)位。MAX705MJA除了上電復(fù)位和掉電復(fù)位外，還有監(jiān)控系統(tǒng)的電源和數(shù)據(jù)保護(hù)的功能。利用MAX705MJA作監(jiān)控系統(tǒng)電源，當(dāng)電源監(jiān)控供電電壓出現(xiàn)異常時(shí)，提供中斷請求信號(hào)，方便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異常處理；同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)程序跑飛或死鎖時(shí)，看門狗定時(shí)器會(huì)自動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)，讓系統(tǒng)重新回到正常的工作狀態(tài)，程序恢復(fù)正常運(yùn)行。?

1．4 執(zhí)行單元設(shè)計(jì)

圖4所示為執(zhí)行單元硬件原理圖。

機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端的處理器收到點(diǎn)火指令后，通過數(shù)字I／O發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)過CD54ACT245驅(qū)動(dòng)模塊，使用TLP621-4對控制信號(hào)進(jìn)行光電隔離，控制繼電器JRW-131MA將點(diǎn)火電源信號(hào)送入目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行目標(biāo)的執(zhí)行。由于每個(gè)執(zhí)行目標(biāo)都通過單獨(dú)的繼電器繼續(xù)控制，所以可方便實(shí)現(xiàn)投放模式的多樣性。

機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端接收到指令后，使用DSP內(nèi)部的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，其控制精度可以達(dá)到毫秒級(jí)，按照要求的時(shí)間間隔產(chǎn)生繼電器的I／O控制信號(hào)。同時(shí)使用DSP內(nèi)部的A／D模塊對電壓進(jìn)行監(jiān)控。并將監(jiān)控結(jié)果通過無線通信傳至地面站。

2 軟件設(shè)計(jì)

機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端軟件主要完成系統(tǒng)的自檢、投放模式數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與設(shè)置、投放指令的執(zhí)行、點(diǎn)火電壓和工作電壓的采集、終端工作狀態(tài)的反饋等功能。圖5為機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端軟件流程圖。

系統(tǒng)上電啟動(dòng)或者軟、硬件復(fù)位后，軟件自動(dòng)讀取終端上的初始設(shè)置，寫入投放模式寄存器，然后進(jìn)入等待指令狀態(tài)，在等待指令的過程中，同時(shí)要發(fā)送中斷活動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)接收到有效的指令后，進(jìn)入指令執(zhí)行子程序運(yùn)行，執(zhí)行之后返回給地面站。系統(tǒng)子程序有以下幾種：

（1）接收到自檢指令。自檢終端，發(fā)送自檢結(jié)果指令給地面站。

（2）接收參數(shù)設(shè)置指令。解析到電臺(tái)發(fā)射功率，設(shè)置電臺(tái)發(fā)射功率成功后發(fā)送設(shè)置成功指令給地面站。

（3）接收到點(diǎn)火指令。按照投放模式投放，投放完成返回投放完成指令給地面站。

（4）接收到投放模式設(shè)定。解析到投放模式數(shù)據(jù)，重新寫入投放模式數(shù)據(jù)寄存器，成功更改后發(fā)送設(shè)置成功指令給地面站。

（5）接受到查詢狀態(tài)指令。檢測終端狀態(tài)，把數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站。

在機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端的通信代碼采用特定的數(shù)據(jù)幀編碼原則，目的是盡量減小數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤碼率，并兼顧傳輸效率。該系統(tǒng)傳輸協(xié)議中的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的第1、2個(gè)字節(jié)（包頭）和最后一個(gè)字節(jié)（包尾）采用特定的起始碼和結(jié)束碼，如AAH，55H，B5H等，可以有效抑制誤碼。數(shù)據(jù)接收方可以把接收到的數(shù)據(jù)放在一個(gè)FIFO緩沖器中，當(dāng)接收到有效的包頭才開始一個(gè)數(shù)據(jù)幀的接收，否則，認(rèn)為是干擾或誤碼丟棄不處理。數(shù)據(jù)幀開始接收后，根據(jù)數(shù)據(jù)長度，能正確接收數(shù)據(jù)碼，才當(dāng)一個(gè)有效的數(shù)據(jù)幀，否則，丟棄重新開始等待起始碼。數(shù)據(jù)的傳輸常會(huì)出現(xiàn)連續(xù)置0的字節(jié)，這種零點(diǎn)平在傳輸中非常容易受到干擾而變成其他數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)幀采用余3的編碼方式。對數(shù)據(jù)幀每個(gè)字節(jié)都采用奇偶校驗(yàn)，并計(jì)算所有的數(shù)據(jù)字節(jié)累加和、異或和，放在數(shù)據(jù)幀中供接收方校驗(yàn)。

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)的機(jī)載遠(yuǎn)程投放控制終端，利用DSP的資源條件，方便實(shí)現(xiàn)線編程技術(shù)的應(yīng)用，使得投放模式的遠(yuǎn)程加載能方便實(shí)現(xiàn)；對紅外紅外干擾源控制通路的單獨(dú)控制，使得投放模式的設(shè)置更加多樣性；利用軟件和硬件結(jié)合的方式，提供系統(tǒng)工作的可靠性。此系統(tǒng)使用方便、可靠，在多次的外場靶試中得到了多次應(yīng)用，效果良好。