【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）基于FPGA的雷達中心控制器的設(shè)計

基于 雷達中心控制器的設(shè)計 學生姓名：邵志棟 班級： 080832 指導老師：柴明鋼 摘要： 對于現(xiàn)代雷達對數(shù)據(jù)處理和實時監(jiān)控方面的要求越來越高，所以對計算機的要求越來越高，故此有必要在雷達和計算機之間加一個實時控制器。對計算機的要求越來越高的方面主要有兩個：一是雷達的周期越來越短，二是對雷達探測的實時監(jiān)控。這兩個方面使得計算機的要求越來越高，計算機的壓力配置可能達不到數(shù)據(jù)處理的要求，即使達到成本也很高，故加中心控制器。其研究目的為了解決雷達與計算機之間的數(shù)據(jù)處理問題，在計算機與雷達 之間加一個雷達中心控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理及實時監(jiān)控。 實驗方法是利用 程的方法，實現(xiàn)對雷達中心控制器的設(shè)計及實現(xiàn)。該實驗是對兩路模擬數(shù)據(jù)進行一系列的處理，首先是 波，再數(shù)據(jù)暫存及 路口通信，最終輸出相應的數(shù)據(jù)。由于 波對輸入不同的數(shù)據(jù)輸出相應的數(shù)據(jù)，結(jié)果也要按輸入而論。結(jié)論：實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速處理及對雷達單元及波形產(chǎn)生器的控制，完成雷達中心控制器的設(shè)計。 其中主要涉及的主要任務有： 1） 中心控制器的方案設(shè)計； 2） 數(shù)據(jù)預處理模塊、 路口通信模塊的 編程 和設(shè)計 3） 中心控制器硬件電路的調(diào)試和測試 ; 實現(xiàn)的主要任務 : 1） 對不同的雷達單元發(fā)送不同的指令，完成相應的任務； 2） 模擬 雷達在特定的時間完成相應的任務； 3） 模擬 操作人員對雷達系統(tǒng)發(fā)送指令，并使其響應。 關(guān)鍵字： 波，中心控制器， 路口 指導老師簽名： 目錄 引言 . 1 1 中心控制器的設(shè)計 . 1 體設(shè)計 . 1 體設(shè)計的各小模塊 . 2 2 A/D 轉(zhuǎn)換器 . 3 3 波器 . 3 波器的原理 . 3 波器的實現(xiàn) . 3 理圖法設(shè)計 波器 . 3 程法 設(shè)計 . 4 4 據(jù)緩存 . 7 據(jù)緩存的原理及設(shè)計 . 7 據(jù)緩存的設(shè)計 . 7 5 路口通信 . 8 路口通信的功能 . 9 路口通信的實現(xiàn) . 9 6 雷達單元模塊和波形產(chǎn)生器 . 12 達單元模塊和波形產(chǎn)生器的原理 . 12 7 總結(jié)及展望 . 15 8 參考文獻 . 17 9 致謝 . 17 1 引言 :國內(nèi)外對雷達中心控制器這方面的研究還相對較少，這方面的相關(guān)的文章也相對較少，對此很有研究的價值。傳統(tǒng)雷達的中心控制器與數(shù)據(jù)處理設(shè)備一起，都由通用計算機實現(xiàn)。通用計算機與雷達系統(tǒng)各個單元硬件 (信號處理器、波形產(chǎn)生器等 )和其它外部設(shè)備 (如鍵盤、鼠標、顯示器等 )通過通用接口相連，它們之間要通過緩存器和數(shù)據(jù)總線。雷達操作人員工作通用計算機直接給雷達系統(tǒng)各單元發(fā)送指令，對雷達的工作狀態(tài)進行控制。 現(xiàn)代雷達中，隨著近 距離精跟蹤和目標截獲的需要，雷達的工作周期越來越短，周期內(nèi)要處理的數(shù)據(jù)流量越來越大，這對于既要進行大量數(shù)據(jù)的實時處理，又要進行雷達工作的實時控制的計算機來講是很困難的。此外由于多種設(shè)備協(xié)調(diào)工作，雷達系統(tǒng)的時間校準也是必不可少的，對于處理時間己經(jīng)十分緊張的數(shù)據(jù)處理計算機來說，更增加了很大負擔。因此非常有必要在數(shù)據(jù)處理計算機和雷達各分系統(tǒng)之間設(shè)計一個可實現(xiàn)雷達實時控制的系統(tǒng)。 目前雷達中心控制器的設(shè)計有使用單片機、 數(shù)電模電等元件構(gòu)成的，但是用 統(tǒng)的可靠性更高、功耗更低，更重要的應用 有自主知識產(chǎn)權(quán)。 其中關(guān)于 發(fā)展也是很快速，其主要的優(yōu)點決定了其發(fā)展前途 ,主要優(yōu)點有 僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、可靠性高等問題，而且其開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、芯片價格不斷降低，促使 來越多地取代了別是對小批量、 多品種的產(chǎn)品需求，使 以選擇 主要工作有如下幾個方面： 1)根據(jù)項目的要求要對時序的嚴格要求，完成中心控制器的方案設(shè)計； 2)數(shù)據(jù)預處理模塊、 信模塊的 編程和設(shè)計 3中心控制器硬件電路的調(diào)試和測試 ; 4)中心控制器聯(lián)合調(diào)試與測試 1 中心控制器的設(shè)計 體設(shè)計 中心控制器的設(shè)計：對中心控制器進行總體設(shè)計，畫出相應的框圖，見 2 圖 心控制器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu) 體設(shè)計的 各 小模塊 其中中心控制器主要分幾大模塊設(shè)計： A/D 轉(zhuǎn)換器：對 I/來 I/Q 兩路 信號是兩路差拍模擬信號，據(jù)采樣率則為總體系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定 的 2用到的是 8位單片雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ； 波：對兩路 8 位數(shù)字信號進行濾波； 數(shù)據(jù)緩沖：對濾波后的兩路信號進行緩存，采用 儲器來實現(xiàn)，再送給 鏈路口數(shù)據(jù)發(fā)送：緩存的數(shù)據(jù)進入 成與 通信，同時要滿足通信的速度方面的數(shù)據(jù)要求； 雷達單元：對不同的雷達單元進行控制，有相應的響應，完成相應的任務； 波形產(chǎn)生器：產(chǎn)生不同的波形，與不同的數(shù)據(jù)采集有一定的時間關(guān)系。 中心控制：實現(xiàn)時間的嚴格控制，同時滿足操作人發(fā)出指令完成相應的任務； 復位電路：對中心控制器 發(fā)出復位信號； 電源：對輸入電壓進行濾波和穩(wěn)壓，提供中心控制器電路需要的 壓。 I 路模擬信號 Q 路模擬信號 波器 數(shù)據(jù)存儲 A/D 轉(zhuǎn)化器 時鐘模塊 雷達單元 波 形產(chǎn) 生器 中心控制 時間基準 顯示界面 顯示界面 緩沖器 采樣時間 采樣頻率 復位電 路 電源 3 2 A/D 轉(zhuǎn)換器 A/用 采樣時間長度 12關(guān)于 位單片雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要由 2個跟蹤 /保持電路 (T/H)、 2個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (一個 基準電源等組成，具有高速、高性能、低功耗及易使用等特性， 6020最大功率模擬帶寬使其在多路數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中表現(xiàn)出優(yōu)秀的動態(tài)性能。大部分情況下， 需要一個單極性的 5 這是主要關(guān)于 A/ 濾波器 目的 :對于理想的線性相位濾波器，濾波器輸出等于輸入在時間上的移位，可達到無失真?zhèn)鬏?波器相關(guān)的知識： 3 波器 波器的原理 數(shù)字濾波器通常都是應用于修正或改變時域或頻域中信號的屬性。最為普通的數(shù)字濾波器就是線性時間不變量 (波器。 過一個稱為線性卷積的過程。表示為 y f x，其中 性卷積過程的正式定義如下： n x n f n x n f n k x n k f n （ 3 就是無限脈沖響應 (就是 大類。顧名思義， 上述卷積的數(shù)量降低到在每個采用時刻為有限個。而 波器需要執(zhí)行無限數(shù)量次卷積。研究數(shù)字濾波器的動機就在于它們正日益成為一種主要的 字濾波器正在迅速的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬濾波器，后者是利用 擬原型設(shè)計只能應用在 波器的實現(xiàn) 理圖法設(shè)計 波器 其中我們要用到的是 線性相位濾波器，實現(xiàn)的方法主要有兩種方法：一是原 4 理圖法；二是編程法 :原理圖法：調(diào)用 加法器 乘法器 其中原理圖如圖 圖 波器原理圖 兩路數(shù)據(jù)經(jīng)過乘法器，再進行擴展 2位數(shù)據(jù)，這是為了防止數(shù)據(jù)溢出，在經(jīng)過加法器，截取累加和的高 8位，作為濾波器的最終結(jié)果。 程法 設(shè)計 波器 編程法：對濾波器進行編程，完成實驗目的。以下是實驗源程序： 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 ) )程序分析及流程圖：當 一置高電平，在 據(jù) q=a&；流程圖如圖 示： 14 圖 序流程圖 完成的功能仿真如圖 開始 初始化 s=0？ 111 0 0 0 0 0001 0100 0010 1000 結(jié)束 15 圖 形發(fā)生器仿真圖 如圖所說，當 0 時， 001；當 1， 010；當 0， 100；當 11， 1000；主要是根據(jù)源程序得出相應的結(jié)果，對應仿真圖，驗證源程序是否正確。 7 總結(jié)及展望 雷達控制器的實現(xiàn)，既可采用集成電路、單片機，也可使用 著 術(shù)的驚人發(fā)展， 僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且其開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、芯片價格不斷降低。雷達生產(chǎn)批量相對較小，使用 外， 件的動態(tài)范圍大，可滿足不同雷達的不同 設(shè)計需求， 可完成如數(shù)據(jù)預處理等其它工作。目前 靜態(tài)重構(gòu)技術(shù)，可在不改變硬件結(jié)構(gòu)的前提下實現(xiàn)雷達系統(tǒng)的升級和重構(gòu)。隨著 壓、低功耗的方向挺進，使用 綜上，完成的頂層原理圖如圖 據(jù)對不同模塊的設(shè)計，保證各個模塊的正確的情況下，再到生成各個模塊的原理圖，各個模塊的之間的聯(lián)系，用導線連接起來，要注意的是其中對軟件的正確使用，完成頂層原理的設(shè)計。 16 圖 層原理圖 完成的功能仿真如圖所示， 如圖 圖 層 設(shè)計 仿真 圖 以上 則 是對各個模塊及總體原理圖進行了詳細的設(shè)計，在進行搭載電源及復位電路，就構(gòu)成了整體的中心控制器的設(shè)計，同時過程中要對各個模塊進行調(diào)試和設(shè)計，使其滿足實驗的功能。 功能仿真過程中，輸入兩路數(shù)據(jù) 0101111、 1110000，經(jīng)過波，得到兩路相應的數(shù)據(jù)，如圖所示，觀察其兩路數(shù)據(jù)，產(chǎn)生的結(jié)果為1111011,10110000，如圖所示，其他的為不同的時間控制。 本文給出了應用 列器件實現(xiàn)雷達中心控 制器的設(shè)計。在充分的了解列器件的特點和熟練的掌握 件的基礎(chǔ)上，用后將仿真結(jié)果與計算的結(jié)果進行了比較。最 17 后的結(jié)果證明采用 列器件實現(xiàn)的雷達中心控制器的功能正確，同時采樣率能夠滿足一般應用的要求。 8 參考文獻 參考文獻 1袁俊泉，孫敏琪，曹瑞 字系統(tǒng)設(shè)計及其應用 西安電子科技大學出版社， 2002 2張明友 成都 :電子科技大學出版社， 1990 3曾繁泰，陳美金 北京 :清華大學出版社， 2000 45E& 王慶 6楊振起，張永順，駱永軍 多 )基地雷達系統(tǒng) 國防工業(yè)出版社， 1998 7丁鷺飛 北京 :電子工業(yè)出版社， 1984 8王意青，張明友 成都 :電子科技大學出版， 1991 910樓順天，李博菌 西安 :西安電子科技大學出版社， 1999 11陳桂明，張明照，戚紅雨 北京 :科學出版社，2000 12王金明，楊吉斌 電子工業(yè)出版社， 2002 13黃正謹，徐堅，章小麗，等 北京 :電子工業(yè)出版社， 2002 9 致謝 致謝 本文是在指導導師柴明鋼 老師的悉心指導下完成的。柴明鋼知識豐富，對人友善，有著寬廣的胸懷，更是個對學生嚴格要求，在他的影響下，使自己收獲良多。在論文工作