基于Matlab 上位机数据分析软件的设计与实现

1. 引言

我军大多现役雷达仍延用六、七十年代以来的技术和设备，其功能几乎全部由硬件完成，已无法适应现代战争的需要。如何充分利用雷达技术的最新成就，开发、研制新一代雷达探测设备，已成为目前迫切需要研究和解决的一个重要课题，建立在软件无线电基础上的软件恰是解决这一问题的途径。本文的研究目的就是针对这一雷达技术的发展趋势进行理论分析和深入探讨，为未来雷达数字化改造和软件雷达的研制提供技术储备，采用 MATLAB 开发工具，以雷达数据为参考对象，构建一套多功能串口通信的数据分析仿真平台 [2]。

2. 仿真平台功能需求分析

本平台的设计要求：通过友好的人机界面，一方面可以便捷地对串口通信参数进行设置，与下位机进行串口数据发送与接收。另一方面，对串口接收的雷达数据进行数据分析。其中根据设计要求，上位机采用通用型 PC 机作为硬件设计平台，并将 MATLAB GUI 作为软件开发平台，以 RS-422 串行通信方式实现上位机与下位机间的通信。然后对数据进行分析、处理、存储和显示等[3]。

2.1 仿真平台总体功能需求分析

首先利用 MATLAB GUI 对上位机数据分析软件进行界面设计。然后，在数据分析软件上实现串口发送 / 接收数据的功能需求，其中包括将串口端口号、波特率、数据位、奇偶校验等参数的进行设定。其次，利用上位机与下位机间通信传输的 ADC 数据，进行文本文件保存并读取，按照通信协议格式对读取的文件进行数据分组。依次实现滤波处理，为工作人员提供直观地对比。最后，对数据进行均值、方差、峰峰值等目标值的计算，同时采用 MATLAB 二维图的绘制原理将数据进行绘制并显示。除此，利用测距与测角功能为雷达仿真系统提供目标信息。

2.2 仿真平台各模块功能需求分析（1）串口通信模块需求

通过设置端口号、波特率、数据位、校验位、停止位，实现FPGA 开发板与上位机之间命令和数据的传输，并通过界面交互向FPGA 开发板实现数据发送与数据接收的功能。

（2）数据读取模块需求

通过选择文件的功能打开已保存的串口传输数据文本文件，并读取其文本文件的内容显示在文本框内。

（3）滤波处理模块需求

通过滤波处理功能，对读入的文本文件数据进行低通、高通、带通、滑动窗口的滤波处理，并将处理后的数据以二维绘图方式进行展示。

（4）目标值计算模块需求

通过目标值计算功能，对读入的文本文件数据进行均值、方差、峰峰值计算。

（5）测角与测距计算模块需求

通过测角与测距功能，对读入的文本文件数据进行测角、测距计算。

3. 仿真平台的设计与实现

3.1 仿真平台初始界面

初始界面是数据分析软件的默认界面，该界面包含了所有的各功能模块，并且考虑到界面的美观性，对数据分析软件界面进行了合理的颜色搭配。按钮、文本框等组件的实现了更好的人机交互 [4]。数据分析软件分成了五个部分，其中包括串口通信、数据读取、滤波处理、计算目标值、测角与测距。

3.2 串口通信的设计与实现

在 MATLAB 环境下以中断方式进行串口通信，实际上是采用事件驱动的方法实现的。工作人员根据需要可以自行设置具体的串口中断触发事件，当串口上有设定的事件发生时，MATLAB 会自动调用回调函数进行通信事件的处理。在串口通信模块中，其中包括串口配置、数据发送、数据接收三个子界面，

在创建串口对象时，需要对通信参数（端口号、奇偶校验、波特率、数据位、停止位）进行配置，配置完所有的串口属性后，打开串口即可实现串口数据的发送与接收。如图 1 所示，使用串口助手接收上位机数据分析软件发送的一串数据。

通过单选按钮对发送数据的格式进行转换，若发送的数据按字符发送，则串口助手收到的数据如图 1（c）所示；若发送的数据按HEX 发送，则串口助手收到的数据如图1（d）所示。

通过串口助手向上位机数据分析软件发送“111111”数据，然后点击“接收数据”的按钮，数据接收文本框将显示串口助手发送的数据。

3.3 数据读取

通过数据读取功能，点击“选择文件”按钮选择串口通信接收到的数据文件，对其进行数据处理后显示在文本框中

通过点击“原始信号”按钮，将读取到的文本文件进行二维图的绘制，利用 MATLAB GUI 中的 axea 对象设定横纵坐标，展示出原始数据的波形

3.4 滤波处理

分别通过“低通滤波”、“高通滤波”、“带通滤波”、“滑动窗口”按钮，实现对原始波形的滤波处理，其中低通与高通滤波值的限值为该数据的均值，带通的限值为均值加减标准差得到，滑动窗口的步长设置为3。

3.5 目标值计算

分别通过“计算均值”、“计算方差”、“计算峰峰值”按钮，实现对原始数据的目标值计算。

3.6 测距与测角

分别通过“测量角度”、“测量距离”按钮，利用和差振幅实现对原始信号的测角计算，利用基于三角斜率的信号延迟测距计算目标距离。

4. 总结

本文首先明确阐述了在雷达导引头检测系统中上位机的数据分析仿真平台的重要性，详细介绍了该仿真平台的总体功能需求以及各个模块的功能需求，在此基础上，对上位机数据分析软件设计进行了阐述。最后，通过Matlab GUI 设计并实现了上位机数据分析软件。同时验证了该软件的可交互性，保证了界面的美观性。

参考文献

[1] 刘康. 基于MATLAB 的探地雷达数据处理研究及软件开发[D].中国地质大学（北京）,2011.

[2] 刘利军 . 基于 MATLAB 的软件雷达仿真平台的设计 [D]. 兰州大学 ,2008.

[3] 杨萍 , 陈富林 , 任传龙等 . 基于 MATLAB 的电机综合性能测试系统上位机软件设计[J]. 自动化与仪器仪表,2016.

[4] 蒋杰等 . 基于 MATLAB 平台的发电状态辅助专家在线分析系统 [D]. 电子科技大学 ,2017.

作者简介：池慧玲（1997 年 11 月），性别：女，民族：土家族，籍贯：贵州省铜仁市，职务 / 职称：工程师，学历：硕士，单位：，研究方向：信号处理设计

指导老师：张辉