雷達數(shù)據(jù)處理平臺是雷達系統(tǒng)的重要組成部分，隨著現(xiàn)代相控陣?yán)走_任務(wù)對運算處理速度、系統(tǒng)響應(yīng)時間、總線傳輸帶寬、數(shù)據(jù)處理能力等需求不斷提高，傳統(tǒng)雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足技術(shù)發(fā)展的要求。提出了一種基于ＶＰＸ總線的雷達數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計方案，重點介紹了數(shù)據(jù)處理平臺的組成和各功能模塊的設(shè)計原理。該數(shù)據(jù)處理平臺具有通用化、模塊化、易擴充、可靠性高等特點，經(jīng)過實際雷達的工程驗證，性能優(yōu)越，穩(wěn)定可靠。

　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是雷達整機的重要組成部分，其任務(wù)是完成雷達點跡和航跡跟蹤處理、雷達時間和能量資源的調(diào)度管理和目標(biāo)情報顯示，并將目標(biāo)參數(shù)進行通信上報。數(shù)據(jù)處理平臺是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件工作運行的硬件載體，其設(shè)計的先進性、穩(wěn)定性和可靠性對雷達整體性能的提升具有至關(guān)重要的作用。

　　VPX圖片來自互聯(lián)網(wǎng)

　　隨著現(xiàn)代相控陣?yán)走_任務(wù)對目標(biāo)運算處理速度、系統(tǒng)響應(yīng)時間、總線傳輸帶寬、數(shù)據(jù)處理能力和高可靠性等需求不斷提高，傳統(tǒng)雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足技術(shù)發(fā)展的要求?；冢郑校丶軜?gòu)的數(shù)據(jù)處理平臺具備強大的數(shù)據(jù)處理能力、高性能網(wǎng)絡(luò)交換能力以及豐富的Ｉ／Ｏ 接口能力。因此，ＶＰＸ架構(gòu)代表了新一代雷達數(shù)據(jù)處理平臺系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和方向。鑒于此，本文結(jié)合某項目實際應(yīng)用，主要介紹一種基于ＶＰＸ架構(gòu)的雷達數(shù)據(jù)處理平臺的設(shè)計。

　?。薄?shù)據(jù)處理平臺的設(shè)計

　　１。１　系統(tǒng)功能需求和平臺設(shè)計思路

　　現(xiàn)代雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的主要功能是：完成雷達目標(biāo)點跡、航跡的實時處理；完成雷達時間和能量資源的調(diào)度管理；完成雷達回波顯示和目標(biāo)點跡、航跡信息顯示；雷達目標(biāo)情報信息的通信上報。

　　為了實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)越性能，結(jié)合ＶＰＸ總線的特點，基于ＶＰＸ總線架構(gòu)的雷達數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計思路是：

　?。保┻\用高性能ＶＰＸ計算刀片，利用其高速數(shù)據(jù)運算能力，實時完成雷達大容量目標(biāo)的點跡處理和航跡跟蹤等運算處理和信息顯示；

　?。玻┏浞诌\用ＶＰＸ 總線的高速傳輸性能，實現(xiàn)雷達內(nèi)外部數(shù)據(jù)的高速實時傳輸和交換；

　?。常├茫郑校乜偩€的低時延特性，實現(xiàn)相控陣?yán)走_波束實時編排和掃描；

　?。矗├茫郑校?可帶電熱插拔、結(jié)構(gòu)緊湊抗震性好等優(yōu)點，可在復(fù)雜惡劣環(huán)境下可靠工作，從而實現(xiàn)系統(tǒng)高可靠性。

　?。?。２　平臺的總體設(shè)計

　　根據(jù)雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能需求和平臺的設(shè)計思路，基于ＶＰＸ總線架構(gòu)的高性能雷達數(shù)據(jù)處理平臺的總體設(shè)計如圖１所示，由多塊ＶＰＸ功能板卡組成，主要包括ＶＰＸ計算刀片、ＶＰＸ架構(gòu)的時序接口板、ＶＰＸ通信處理計算機、ＶＰＸ顯示計算機、交換刀片以及平臺底板。該平臺設(shè)計按功能劃分為３個功能處理單元：

　?。保?shù)據(jù)處理單元由兩塊高性能ＶＰＸ計算機板組成，完成雷達大容量目標(biāo)的點跡處理和航跡跟蹤等數(shù)據(jù)處理功能。

　?。玻┤蝿?wù)管理單元　主要由１塊ＶＰＸ計算機板、１塊ＶＰＸ架構(gòu)的時序接口板和１塊ＶＰＸ通信處理計算機，完成雷達回波信號的接收和轉(zhuǎn)發(fā)、雷達情報信息的通信上報。ＶＰＸ計算機板和時序接口板通過高速ＳＲＩＯ（Ｓｅｒｉａｌ?。遥幔穑椋洌桑希┛偩€連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和實時控制。

　?。常╋@控處理單元　主要由３塊ＶＰＸ顯示計算機組成。顯示計算機通過ＳＲＩＯ總線和千兆網(wǎng)與航跡計算機和波束調(diào)度計算機互聯(lián)，實現(xiàn)雷達回波數(shù)據(jù)和點跡、航跡數(shù)據(jù)的傳輸，完成雷達的回波顯示、點航跡顯示以及人機交互等功能。

　　上述３個功能處理單元通過交換刀片，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，使ＶＰＸ數(shù)據(jù)處理平臺具有易于擴充、便于維護等優(yōu)點。

　　圖１　數(shù)據(jù)處理平臺的總體設(shè)計

　?。?。３　平臺組成單元的詳細(xì)設(shè)計

　　１。３。１　時序接口板

　　時序接口板為符合ＶＰＸ 總線標(biāo)準(zhǔn)的６Ｕ 插件，該板卡硬件原理框圖如圖２所示。ＦＰＧＡ芯片采用高性能ＦＰＧＡ，容量大，處理速度快，支持高速傳輸。本設(shè)計中選用的芯片型號為ＥＰ２ＳＧＸ９０ＦＦ１５０８，器件中等價邏輯單元（ＬＥ）高達９０　９６０個，片內(nèi)存儲器達到４。３Ｍｂｉｔ，可滿足對存儲器要求較多的應(yīng)用。時序接口板主要功能電路模塊包括匹配驅(qū)動電路、ＶＰＸ高速總線接口電路、系統(tǒng)對時、方位信息處理、光電轉(zhuǎn)換電路、ＦＰＧＡ外圍電路等。除匹配驅(qū)動電路、光電轉(zhuǎn)換電路、ＦＰＧＡ外圍電路外，相關(guān)功能處理模塊均在ＦＰＧＡ內(nèi)部實現(xiàn)。時序接口板主要完成以下功能：

　　圖２　時序接口板設(shè)計原理

　　１）通過ＳＲＩＯ 總線，接收來自波束調(diào)度計算機的控制參數(shù)，產(chǎn)生雷達整機時序，并可通過ＴＴＬ或ＲＳ４２２電平送出，波束編排信息可通過光纖輸出至其他分系統(tǒng)。

　　２）接收來自時統(tǒng)系統(tǒng)的秒脈沖信號和時間信息，完成整機時統(tǒng)設(shè)計，為雷達各分系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)。

　?。常└鶕?jù)雷達各種工作模式，完成雷達頻率源的變頻控制功能。

　　時序接口板對外信號接口如下：１路ＳＲＩＯ×４接口；１２路光纖入／出，每路光纖最高傳輸速率可達６。３７５Ｇｂｉｔ／ｓ；１２８ 路ＴＴＬ 電平接口；６４ 路ＲＳ４２２電平接口。

　?。?。３。２?。郑校赜嬎銠C板

　　計算機板在本數(shù)據(jù)處理平臺中擔(dān)任兩個角色：

　?。保┳鳛閿?shù)據(jù)處理計算機，完成雷達點跡處理和航跡跟蹤任務(wù)；

　　２）作為波束調(diào)度計算機和通信處理計算機，完成雷達資源管理、波束調(diào)度處理和通信控制功能。

　?。郑校赜嬎銠C板主要性能指標(biāo)如下：

　?。保┨幚砥餍阅埽海桑睿簦澹臁。兀澹铮睢。牛堤幚砥骰蛞陨?，單個ＣＰＵ為１２核或以上，單精度浮點理論峰值計算能力≥４９０ＧＦＬＯＰＳ；

　?。玻﹥?nèi)存：容量≥３２ＧＢ；

　?。常樱遥桑蟼鬏斀涌冢海猜罚樱遥桑稀。担恰粒唇涌?；

　　４）網(wǎng)絡(luò)接口：不少于３路千兆以太網(wǎng)；

　　５）４０Ｇ以太網(wǎng)接口：２路４０Ｇ以太網(wǎng)接口；

　?。叮?管理與監(jiān)控：２路ＩＰＭＢ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｌａｔｆｏｒｍ?。停幔睿幔纾澹恚澹睿簟。拢酰螅┙涌?。

　　１。３。３?。郑校仫@示計算機

　　顯示計算機是一款基于通用處理器和高性能ＧＰＵ的ＶＰＸ計算機，通用處理器負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的管控和調(diào)度，ＧＰＵ負(fù)責(zé)２Ｄ／３Ｄ圖形計算。顯示計算機主要性能指標(biāo)如下：

　?。保┨幚砥鳌⌒阅軆?yōu)于Ｉｎｔｅｌ?。茫铮颍澹裕汀。桑诽幚砥骷耙陨?，主頻２。２ＧＨｚ及以上；

　　２）內(nèi)存　板載３２ＧＢ?。模模遥畴p通道內(nèi)存，數(shù)據(jù)速率１３３３ＭＨｚ以上；

　?。常牵校?控制器　ＡＭＤＲａｄｅｏｎ?。牛叮罚叮扒度胧斤@示控制器，４ＧＢ獨立顯存，驅(qū)動接口符合ＯｐｅｎＧＬ２。２ 及以上和ＯｐｅｎＧＬ４。２標(biāo)準(zhǔn)，支持２Ｄ／３Ｄ硬件加速；

　?。矗╋@示分辨率　最高分辨率１　９２０×１?。玻埃埃溃叮埃龋?，支持１９２０×１?。埃福埃薄。叮埃啊粒薄。玻埃暗瘸Ｓ梅直媛省?/p>

　　顯示計算機通過４０Ｇ以太網(wǎng)與航跡計算機、波束調(diào)度計算機和通信處理計算機進行雷達點／航跡信息、波束調(diào)度指令和雷達通信控制信息的交換；完成雷達參數(shù)顯示、二維顯示、三維顯示和監(jiān)控信息顯示，接收顯控臺輸入指令，完成人機交互功能。顯示計算機通過ＳＲＩＯ 總線接收來自信號處理送來的回波數(shù)據(jù)，通過回波顯示軟件模塊實現(xiàn)雷達的原始回波的顯示。顯示計算機的功能框圖如圖３所示。

　　圖３　顯示計算機功能框圖

　?。?。３。４　交換刀片

　　本數(shù)據(jù)處理平臺交換刀片的主要功能包括兩個部分：數(shù)據(jù)分發(fā)和機箱管理。

　?。保?shù)據(jù)分發(fā)：交換刀片支持ＳＲＩＯ 和以太網(wǎng)雙交換，負(fù)責(zé)建立平臺內(nèi)各計算機之間以及各計算機與外部其他設(shè)備之間的通信鏈路。以太網(wǎng)交換支持千兆以太網(wǎng)和４０Ｇ以太網(wǎng)交換。

　?。玻C箱管理：交換刀片負(fù)責(zé)整個數(shù)據(jù)處理平臺的監(jiān)控和管理，收集各功能模塊的電壓、溫度和工作狀態(tài)等參數(shù)信息，據(jù)此進行風(fēng)扇調(diào)速和設(shè)備切換等管理。交換刀片的原理框圖如圖４所示。

　　圖４　交換刀片原理框圖

　　１。３。５　平臺背板設(shè)計

　　根據(jù)數(shù)據(jù)處理平臺各處理單元的任務(wù)劃分和各處理板卡的性能特點，進行平臺印制背板的設(shè)計。分機高度為６Ｕ，１９英寸寬度，共有１６個槽位。槽位布局如圖５所示，具體分布如下：最左側(cè)４個槽位為兩個電源模塊；背板中間為兩個交換模塊，同時工作，互為備份；交換模塊左側(cè)為航跡處理計算機、波束調(diào)度計算機和時序接口槽位；交換模塊右側(cè)為３個顯示計算機槽位和通信處理計算機槽位。這種采用將交換板放置在中間的布局設(shè)計，可方便背板信號的互連互通。

　　圖５　數(shù)據(jù)處理平臺底板板卡的槽位布局

　　背板信號互聯(lián)示意圖如圖６所示，主要信號連接關(guān)系如下：

　　圖６　數(shù)據(jù)處理平臺背板信號互聯(lián)示意圖

　?。保┢脚_供電設(shè)計　電源槽位為各功能板卡提供＋１２Ｖ 的電源；

　?。玻└咚傩盘柣ヂ?lián)各功能模塊通過交換模塊實現(xiàn)１路ＳＲＩＯ×４交換；

　　數(shù)據(jù)處理平臺的內(nèi)外接口設(shè)計示意圖如圖７所示。

　　圖７　數(shù)據(jù)處理平臺內(nèi)外接口示意圖

　　各功能模塊除時序接口模塊外，通過交換模塊實現(xiàn)１路４０Ｇ以太網(wǎng)和１路千兆以太網(wǎng)交換。

　　１。４　平臺內(nèi)外接口設(shè)計

　?。保﹥?nèi)部接口設(shè)計：平臺內(nèi)部各功能板卡通過交換模塊實現(xiàn)ＳＲＩＯ、４０Ｇ以太網(wǎng)和千兆網(wǎng)接口互連，進行數(shù)據(jù)交互和傳輸。

　?。玻ν饨涌谠O(shè)計：光纖接口主要用于接收雷達回波數(shù)據(jù)，發(fā)送波束調(diào)度參數(shù)等；網(wǎng)絡(luò)接口主要用于接收信號處理送來的雷達點跡參數(shù)等信號，發(fā)送控制指令至其他雷達分系統(tǒng)；時統(tǒng)接口接收來自北斗／ＧＰＳ等時統(tǒng)設(shè)備送來的時統(tǒng)信號；時序輸出接口輸出ＴＴＬ電平或ＲＳ４２２電平的時序信號至其他分系統(tǒng)。

　　２　平臺設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

　?。?。１?。郑校乜偩€技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用

　　在雷達數(shù)據(jù)處理平臺的工程設(shè)計中，時序接口板、航跡計算機板、通信處理計算機板、顯示計算機板和平臺印制背板全部基于標(biāo)準(zhǔn)ＶＰＸ總線架構(gòu)和協(xié)議設(shè)計。各功能板卡通過高速串行ＳＲＩＯ總線或者４０Ｇ以太網(wǎng)實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的高速交換，突破了傳統(tǒng)地面雷達的數(shù)據(jù)處理平臺并行低速總線為主的技術(shù)路線。ＶＰＸ 總線是基于ＶＩＴＡ４６協(xié)議的新一代工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，采用了最新的接插件技術(shù)和高速串行技術(shù)，其傳輸速度快，理論傳輸速率可達１０Ｇｂｉｔ／ｓ，實時響應(yīng)好，可顯著提升系統(tǒng)實時處理和控制性能；ＶＰＸ采用專用的ＲＴ２高速高密度接插件，可提供更多的自定義信號，擴展性強；同時ＶＰＸ總線支持熱插拔，也便于系統(tǒng)維護，全面提升平臺性能。

　　２。２　基于物理位置的板卡槽位自動識別技術(shù)

　　在數(shù)據(jù)處理平臺的總體設(shè)計中，航跡處理計算機和通信處理計算機的硬件板卡是相同的，３塊顯示計算機對應(yīng)不同的任務(wù)席位，但其硬件板卡也是相同的。以上各功能計算機板卡通過運行各自的應(yīng)用程序來實現(xiàn)航跡處理、通信處理、顯示處理等不同的任務(wù)。各計算機板卡運行的操作系統(tǒng)也是不同的。例如，波束調(diào)度計算機和通信處理計算機因?qū)崟r性要求采用嵌入式實時操作系統(tǒng)；顯示計算機因便于雷達界面顯示和人機交互采用Ｗｉｎｄｏｗｓ桌面操作系統(tǒng)。為了實現(xiàn)各種不同功能的計算機板卡在同一數(shù)據(jù)處理平臺中混合使用，需要采用板卡槽位自動識別技術(shù)來解決以上問題。具體實現(xiàn)如下：

　?。保┰谄脚_背板上的各個計算機板卡槽位設(shè)計硬件撥碼開關(guān)，本平臺共有７塊計算機板卡，需要采用三位二進制撥碼開關(guān)。

　?。玻┮佬?qū)Ω饔嬎銠C槽位的撥碼開關(guān)進行編碼設(shè)置，如圖５所示，２塊航跡計算機、１塊波束調(diào)度計算機、３塊顯示計算機和１塊通信處理計算機依次編碼為０００，００１，０１０，０１１，１００，１０１和１１０。

　?。常┯嬎銠C在啟動后，首先識別該槽位已分配的硬件編碼值，根據(jù)編碼值在引導(dǎo)區(qū)自動選擇運行對應(yīng)的操作系統(tǒng)和工作軟件，同時根據(jù)已分配的槽位編碼，各應(yīng)用軟件自動實現(xiàn)本計算機板卡ＩＰ地址的分配，可避免ＩＰ地址沖突等問題。

　?。场〗Y(jié)束語

　　本雷達數(shù)據(jù)處理平臺在設(shè)計中采用了先進的ＶＰＸ總線技術(shù)，合理劃分并設(shè)計了各功能模塊，具有高性能、模塊化設(shè)計、數(shù)據(jù)傳輸速率高、設(shè)備易于擴充等技術(shù)特點，同時具有較高的可靠性。能適應(yīng)現(xiàn)代大規(guī)模相控陣?yán)走_對數(shù)據(jù)處理的計算能力和外部接口的需求。本數(shù)據(jù)處理平臺主要性能指標(biāo)為：

　?。保?shù)據(jù)處理能力　點跡處理能力１００００點／１０秒，航跡處理能力１０００批／１０秒；

　?。玻╋@示能力能對雷達目標(biāo)進行Ｐ顯、Ａ顯、Ｂ顯和三維顯示；

　　３）對外接口能力具備網(wǎng)絡(luò)和光纖等數(shù)據(jù)接口，支持ＴＴＬ，ＲＳ４２２等硬件接口。該雷達數(shù)據(jù)處理平臺已成功應(yīng)用于工程項目中，通過各種環(huán)境試驗和測試驗證，性能優(yōu)越，穩(wěn)定可靠。

　?。郑校乜偩€以其超大帶寬、高速傳輸能力和高可靠性成為了軍用新一代總線的較佳選擇，將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。（參考文獻略）