【毕业学位论文】（Word原稿）基于FPGA的雷达中心控制器的设计

基于 雷达中心控制器的设计 学生姓名：邵志栋 班级： 080832 指导老师：柴明钢 摘要： 对于现代雷达对数据处理和实时监控方面的要求越来越高，所以对计算机的要求越来越高，故此有必要在雷达和计算机之间加一个实时控制器。对计算机的要求越来越高的方面主要有两个：一是雷达的周期越来越短，二是对雷达探测的实时监控。这两个方面使得计算机的要求越来越高，计算机的压力配置可能达不到数据处理的要求，即使达到成本也很高，故加中心控制器。其研究目的为了解决雷达与计算机之间的数据处理问题，在计算机与雷达 之间加一个雷达中心控制器，实现数据的快速处理及实时监控。 实验方法是利用 程的方法，实现对雷达中心控制器的设计及实现。该实验是对两路模拟数据进行一系列的处理，首先是 波，再数据暂存及 路口通信，最终输出相应的数据。由于 波对输入不同的数据输出相应的数据，结果也要按输入而论。结论：实现对数据的快速处理及对雷达单元及波形产生器的控制，完成雷达中心控制器的设计。 其中主要涉及的主要任务有： 1） 中心控制器的方案设计； 2） 数据预处理模块、 路口通信模块的 编程 和设计 3） 中心控制器硬件电路的调试和测试 ; 实现的主要任务 : 1） 对不同的雷达单元发送不同的指令，完成相应的任务； 2） 模拟 雷达在特定的时间完成相应的任务； 3） 模拟 操作人员对雷达系统发送指令，并使其响应。 关键字： 波，中心控制器， 路口 指导老师签名： 目录 引言 . 1 1 中心控制器的设计 . 1 体设计 . 1 体设计的各小模块 . 2 2 A/D 转换器 . 3 3 波器 . 3 波器的原理 . 3 波器的实现 . 3 理图法设计 波器 . 3 程法 设计 . 4 4 据缓存 . 7 据缓存的原理及设计 . 7 据缓存的设计 . 7 5 路口通信 . 8 路口通信的功能 . 9 路口通信的实现 . 9 6 雷达单元模块和波形产生器 . 12 达单元模块和波形产生器的原理 . 12 7 总结及展望 . 15 8 参考文献 . 17 9 致谢 . 17 1 引言 :国内外对雷达中心控制器这方面的研究还相对较少，这方面的相关的文章也相对较少，对此很有研究的价值。传统雷达的中心控制器与数据处理设备一起，都由通用计算机实现。通用计算机与雷达系统各个单元硬件 (信号处理器、波形产生器等 )和其它外部设备 (如键盘、鼠标、显示器等 )通过通用接口相连，它们之间要通过缓存器和数据总线。雷达操作人员工作通用计算机直接给雷达系统各单元发送指令，对雷达的工作状态进行控制。 现代雷达中，随着近 距离精跟踪和目标截获的需要，雷达的工作周期越来越短，周期内要处理的数据流量越来越大，这对于既要进行大量数据的实时处理，又要进行雷达工作的实时控制的计算机来讲是很困难的。此外由于多种设备协调工作，雷达系统的时间校准也是必不可少的，对于处理时间己经十分紧张的数据处理计算机来说，更增加了很大负担。因此非常有必要在数据处理计算机和雷达各分系统之间设计一个可实现雷达实时控制的系统。 目前雷达中心控制器的设计有使用单片机、 数电模电等元件构成的，但是用 统的可靠性更高、功耗更低，更重要的应用 有自主知识产权。 其中关于 发展也是很快速，其主要的优点决定了其发展前途 ,主要优点有 仅可以解决电子系统小型化、低功耗、可靠性高等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，促使 来越多地取代了别是对小批量、 多品种的产品需求，使 以选择 主要工作有如下几个方面： 1)根据项目的要求要对时序的严格要求，完成中心控制器的方案设计； 2)数据预处理模块、 信模块的 编程和设计 3中心控制器硬件电路的调试和测试 ; 4)中心控制器联合调试与测试 1 中心控制器的设计 体设计 中心控制器的设计：对中心控制器进行总体设计，画出相应的框图，见 2 图 心控制器的实现结构 体设计的 各 小模块 其中中心控制器主要分几大模块设计： A/D 转换器：对 I/来 I/Q 两路 信号是两路差拍模拟信号，据采样率则为总体系统设计规定 的 2用到的是 8位单片双通道模数转换器 ； 波：对两路 8 位数字信号进行滤波； 数据缓冲：对滤波后的两路信号进行缓存，采用 储器来实现，再送给 链路口数据发送：缓存的数据进入 成与 通信，同时要满足通信的速度方面的数据要求； 雷达单元：对不同的雷达单元进行控制，有相应的响应，完成相应的任务； 波形产生器：产生不同的波形，与不同的数据采集有一定的时间关系。 中心控制：实现时间的严格控制，同时满足操作人发出指令完成相应的任务； 复位电路：对中心控制器 发出复位信号； 电源：对输入电压进行滤波和稳压，提供中心控制器电路需要的 压。 I 路模拟信号 Q 路模拟信号 波器 数据存储 A/D 转化器 时钟模块 雷达单元 波 形产 生器 中心控制 时间基准 显示界面 显示界面 缓冲器 采样时间 采样频率 复位电 路 电源 3 2 A/D 转换器 A/用 采样时间长度 12关于 位单片双通道模数转换器，主要由 2个跟踪 /保持电路 (T/H)、 2个模数转换器 (一个 基准电源等组成，具有高速、高性能、低功耗及易使用等特性， 6020最大功率模拟带宽使其在多路数据采样系统中表现出优秀的动态性能。大部分情况下， 需要一个单极性的 5 这是主要关于 A/ 滤波器 目的 :对于理想的线性相位滤波器，滤波器输出等于输入在时间上的移位，可达到无失真传输 波器相关的知识： 3 波器 波器的原理 数字滤波器通常都是应用于修正或改变时域或频域中信号的属性。最为普通的数字滤波器就是线性时间不变量 (波器。 过一个称为线性卷积的过程。表示为 y f x，其中 性卷积过程的正式定义如下： n x n f n x n f n k x n k f n （ 3 就是无限脉冲响应 (就是 大类。顾名思义， 上述卷积的数量降低到在每个采用时刻为有限个。而 波器需要执行无限数量次卷积。研究数字滤波器的动机就在于它们正日益成为一种主要的 字滤波器正在迅速的代替传统的模拟滤波器，后者是利用 拟原型设计只能应用在 波器的实现 理图法设计 波器 其中我们要用到的是 线性相位滤波器，实现的方法主要有两种方法：一是原 4 理图法；二是编程法 :原理图法：调用 加法器 乘法器 其中原理图如图 图 波器原理图 两路数据经过乘法器，再进行扩展 2位数据，这是为了防止数据溢出，在经过加法器，截取累加和的高 8位，作为滤波器的最终结果。 程法 设计 波器 编程法：对滤波器进行编程，完成实验目的。以下是实验源程序： is is ) of ); (111111001,111111011,000001101); 5 is in in ); 6 ); F is is (4 ) of 7 ); 7 ); 16 ); 16 ); if 0 ); i i):=(0); 1 ()*); i i)+ i+1); )*); i 6 i+1):=i); ):=if 0 ) )程序分析及流程图：当 一置高电平，在 据 q=a&；流程图如图 示： 14 图 序流程图 完成的功能仿真如图 开始 初始化 s=0？ 111 0 0 0 0 0001 0100 0010 1000 结束 15 图 形发生器仿真图 如图所说，当 0 时， 001；当 1， 010；当 0， 100；当 11， 1000；主要是根据源程序得出相应的结果，对应仿真图，验证源程序是否正确。 7 总结及展望 雷达控制器的实现，既可采用集成电路、单片机，也可使用 着 术的惊人发展， 仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低。雷达生产批量相对较小，使用 外， 件的动态范围大，可满足不同雷达的不同 设计需求， 可完成如数据预处理等其它工作。目前 静态重构技术，可在不改变硬件结构的前提下实现雷达系统的升级和重构。随着 压、低功耗的方向挺进，使用 综上，完成的顶层原理图如图 据对不同模块的设计，保证各个模块的正确的情况下，再到生成各个模块的原理图，各个模块的之间的联系，用导线连接起来，要注意的是其中对软件的正确使用，完成顶层原理的设计。 16 图 层原理图 完成的功能仿真如图所示， 如图 图 层 设计 仿真 图 以上 则 是对各个模块及总体原理图进行了详细的设计，在进行搭载电源及复位电路，就构成了整体的中心控制器的设计，同时过程中要对各个模块进行调试和设计，使其满足实验的功能。 功能仿真过程中，输入两路数据 0101111、 1110000，经过波，得到两路相应的数据，如图所示，观察其两路数据，产生的结果为1111011,10110000，如图所示，其他的为不同的时间控制。 本文给出了应用 列器件实现雷达中心控 制器的设计。在充分的了解列器件的特点和熟练的掌握 件的基础上，用后将仿真结果与计算的结果进行了比较。最 17 后的结果证明采用 列器件实现的雷达中心控制器的功能正确，同时采样率能够满足一般应用的要求。 8 参考文献 参考文献 1袁俊泉，孙敏琪，曹瑞 字系统设计及其应用 西安电子科技大学出版社， 2002 2张明友 成都 :电子科技大学出版社， 1990 3曾繁泰，陈美金 北京 :清华大学出版社， 2000 45E& 王庆 6杨振起，张永顺，骆永军 多 )基地雷达系统 国防工业出版社， 1998 7丁鹭飞 北京 :电子工业出版社， 1984 8王意青，张明友 成都 :电子科技大学出版， 1991 910楼顺天，李博菌 西安 :西安电子科技大学出版社， 1999 11陈桂明，张明照，戚红雨 北京 :科学出版社，2000 12王金明，杨吉斌 电子工业出版社， 2002 13黄正谨，徐坚，章小丽，等 北京 :电子工业出版社， 2002 9 致谢 致谢 本文是在指导导师柴明钢 老师的悉心指导下完成的。柴明钢知识丰富，对人友善，有着宽广的胸怀，更是个对学生严格要求，在他的影响下，使自己收获良多。在论文工作