基于DSP的机载远程投放控制终端设计

摘要：针对导弹研制靶场试验的需求，设计了一种基于DSP的机载远程投放控制终端，用于红外干扰源的投放控制。给出了控制终端的组成结构，重点介绍硬件设计及软件设计，通过在线编程技术方便投放模式的远程加载，使用特定的数据帧编码原则提高了无线数据传输的可靠性。多次的外场靶试试验验证了系统设计的通用性和工程实用性。
关键词：远程投放；控制终端；DSP；在线编程；数据帧编码原则

0 引言
    导弹研制过程中为考核其抗干扰性指标，需要在靶机上加装红外干扰源的投放装置，在靶机起飞后的特定时间段内，按一定的投放序列完成红外干扰弹的投放，在靶机周围形成与靶机红外辐射特征相似的红外辐射源，对导弹进行干扰。
    以往使用的投放装置，其投放模式基本都是比较固定的：一次性全部投放或以固定时间间隔进行投放，并且投放模式的设置都是在靶机起飞前固化在装置内，无法进行再次修改。这种比较固定的投放模式不能充分验证导弹的抗干扰性能指标，同时当靶机上天后发现投放模式设置有误或临时需更改投放模式时，无法进行再次重新加载，浪费试验机会，这些因素严重制约了导弹靶场试验的有效开展。
    以DSP为控制核心的机载远程投放控制终端，利用无线数传电台接收来自地面站的控制指令，对接收到的无线通信数据进行解调、接收和存储，完成投放模式的设置及点火指令的响应，利用处理器的数字I／O信号完成红外干扰源的点火控制，实现靶机的投放任务。

1 硬件电路设计
1．1 系统组成结构
    机载远程投放控制终端采用模块化设计，主要由通信单元、电源单元、控制单元及执行单元4个部分组成。通信单元利用无线数传电台负责与地面站的远程通信；电源单元对靶机上的直流供电进行隔离与转换，实现投放控制终端用电的匹配；控制单元一方面接受来自地面站的指令，完成投放模式的配置，并根据指令完成对执行单元的控制，同时将终端的状态通过通信单元反馈到地面站；执行单元接收控制单元的指令，对靶机上的每一个红外干扰弹单独进行投放控制。
    图1所示为机载远程投放控制终端的系统组成结构图。

1．2 通信单元设计
    图2所示为通信单元原理图。

    通信单元主要由无线数传电台和电平转换芯片组成，完成无线数据通信功能。无线数传电台采用Max Stream公司的9Xtend-PKG-R跳频数传电台模块。该模块的主要特点是：在相同发射功率的情况下采用扩频通信方式可以传输更远的距离。同时利用该模块的FHSS跳频扩频方式和AES数据加密功能，可避免其他无线系统的射频干扰。
    机载远程投放控制终端与地面站各使用一个同型号无线数传电台，这样控制终端和地面站之间的通信数据可以直接从数据口取出使用，不用经过特殊设置。无线数传电台使用内置RS 232总线接口与DSP处理器进行数据传输，使用MAX232AMJE芯片完成数据收发电平的转换。
1．3 控制单元设计
    控制单元硬件结构如图3所示。处理器采用TI公司的TMS320F240，该处理器提供10位分辨率的A／D、16位精度的定时器功能、16位精度的看门狗定时器，全双工的串行接口，片内集成32 KB FLASH程序存储器。在控制单元设计中，片外扩展了64 KB的程序存储器和64 KB的数据存储器。TMS320F240具备开发IPA系统的硬件条件，只需借助RS 232串行通信口，通过在FLASH自定义的段中放置加载代码，利用这段代码擦写FLASH、读取程序存储器中的代码，实现线编程。

    复位逻辑电路主要用于提高系统的可靠性，采用专用的复位逻辑芯片MAX705MJA来完成系统的可靠复位。MAX705MJA除了上电复位和掉电复位外，还有监控系统的电源和数据保护的功能。利用MAX705MJA作监控系统电源，当电源监控供电电压出现异常时，提供中断请求信号，方便系统实现异常处理；同时当系统程序跑飞或死锁时，看门狗定时器会自动复位系统，让系统重新回到正常的工作状态，程序恢复正常运行。

    1．4 执行单元设计
    图4所示为执行单元硬件原理图。

    机载远程投放控制终端的处理器收到点火指令后，通过数字I／O发出控制信号，经过CD54ACT245驱动模块，使用TLP621-4对控制信号进行光电隔离，控制继电器JRW-131MA将点火电源信号送入目标，实现执行目标的执行。由于每个执行目标都通过单独的继电器继续控制，所以可方便实现投放模式的多样性。
    机载远程投放控制终端接收到指令后，使用DSP内部的16位定时计数器进行计数，其控制精度可以达到毫秒级，按照要求的时间间隔产生继电器的I／O控制信号。同时使用DSP内部的A／D模块对电压进行监控。并将监控结果通过无线通信传至地面站。

2 软件设计
    机载远程投放控制终端软件主要完成系统的自检、投放模式数据的存储与设置、投放指令的执行、点火电压和工作电压的采集、终端工作状态的反馈等功能。图5为机载远程投放控制终端软件流程图。

    系统上电启动或者软、硬件复位后，软件自动读取终端上的初始设置，写入投放模式寄存器，然后进入等待指令状态，在等待指令的过程中，同时要发送中断活动状态，当接收到有效的指令后，进入指令执行子程序运行，执行之后返回给地面站。系统子程序有以下几种：
    (1)接收到自检指令。自检终端，发送自检结果指令给地面站。
    (2)接收参数设置指令。解析到电台发射功率，设置电台发射功率成功后发送设置成功指令给地面站。
    (3)接收到点火指令。按照投放模式投放，投放完成返回投放完成指令给地面站。
    (4)接收到投放模式设定。解析到投放模式数据，重新写入投放模式数据寄存器，成功更改后发送设置成功指令给地面站。
    (5)接受到查询状态指令。检测终端状态，把数据发送给地面站。
    在机载远程投放控制终端的通信代码采用特定的数据帧编码原则，目的是尽量减小数据传输过程中的误码率，并兼顾传输效率。该系统传输协议中的数据帧结构的第1、2个字节(包头)和最后一个字节(包尾)采用特定的起始码和结束码，如AAH，55H，B5H等，可以有效抑制误码。数据接收方可以把接收到的数据放在一个FIFO缓冲器中，当接收到有效的包头才开始一个数据帧的接收，否则，认为是干扰或误码丢弃不处理。数据帧开始接收后，根据数据长度，能正确接收数据码，才当一个有效的数据帧，否则，丢弃重新开始等待起始码。数据的传输常会出现连续置0的字节，这种零点平在传输中非常容易受到干扰而变成其他数据，因此数据帧采用余3的编码方式。对数据帧每个字节都采用奇偶校验，并计算所有的数据字节累加和、异或和，放在数据帧中供接收方校验。

3 结语
    设计的机载远程投放控制终端，利用DSP的资源条件，方便实现线编程技术的应用，使得投放模式的远程加载能方便实现；对红外红外干扰源控制通路的单独控制，使得投放模式的设置更加多样性；利用软件和硬件结合的方式，提供系统工作的可靠性。此系统使用方便、可靠，在多次的外场靶试中得到了多次应用，效果良好。