CN103675785A - 用于脉冲导航雷达的信号处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于脉冲导航雷达的信号处理系统，包括第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元、检波器、A/D转换器、集成增益控制器的FPGA现场可编程门阵列、D/A转换器，第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元顺次连接，检波器的输入端连接第二放大滤波单元，检波器的输出端连接A/D转换器，A/D转换器连接FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列连接D/A转换器，D/A转换器均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。它对雷达信号进行实时、高精度、平滑的调节。

Description

用于脉冲导航雷达的信号处理系统
技术领域
本发明涉及导航技术领域，具体涉及用于脉冲导航雷达的信号处理系统。
背景技术
脉冲导航雷达在显示终端上直观地显示船舶载体周围的各类物体（如船只、浮标、桥墩、堤岸、浮冰、海岛、冰山、海岸线）的雷达影像，给舰员提供清晰的目标距离与方位信息，根据需要发出告警信息，引导船舶规避危险障碍物，防止碰撞事故，保证安全航行，或者顺利泊锚。
脉冲导航雷达的工作原理是，脉冲导航雷达每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。
进入雷达接收机的信号既包括目标信号,又包括杂波和所在地电磁场产生的干扰信号,各种信号相互叠加使得接收机发生饱和,难以正常工作,有时甚至损坏接收机。
因此在雷达接收机中加入接收前的信号处理单元，用来扩展接收机动态范围，防止杂波干扰而使接收机发生过载。目前在处理雷达接收前的信号主要采用数字灵敏度时间控制(Sensitivity Time Control,STC)技术和自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)技术来实现扩展接收机动态范围，防止杂波干扰而使接收机发生过载。数字灵敏度时间控制(Sensitivity Time Control,STC)技术采用既定的流程来控制增益，即近距离时使接收机的灵敏度降低，远距离时使接收机保持原来的增益和灵敏度，目前还主要处于研究阶段。自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)技术是依据当前接收信号的大小，来自动调整接收机的增益，不过目前的自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)技术存在控制不够灵活，在实现脉冲雷达所需的按时启动或关闭AGC方面存在衔接困难、不够平滑的缺点，一些数字AGC实现方法在运算方面存在运算速度过慢，或者计算量庞大，或则兼而有之的技术缺陷。
发明内容
为了克服现有技术在处理雷达接收机接收前的信号，采用单独的自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)技术不能有效处理雷达信号，存在控制不够灵活，衔接困难、不够平滑的缺点，一些数字AGC实现方法在算法方面存在速度过慢，或者程序量庞大，或则兼而有之的技术问题，本发明提供用于脉冲导航雷达的信号处理系统。
为了克服现有技术在，采用的技术方案 具有 技术缺陷，本发明提供一种
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
用于脉冲导航雷达的信号处理系统，包括第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元、检波器、A/D转换器、集成增益控制器的FPGA现场可编程门阵列、D/A转换器，第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元顺次连接，检波器的输入端连接第二放大滤波单元，检波器的输出端连接A/D转换器，A/D转换器连接FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列连接D/A转换器，D/A转换器均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。
本发明的工作原理是，通过检波器检测中频输出，将检测信号通过A/D转换器转换成数字信号，并传输给集成增益控制器的FPGA现场可编程门阵列，应用FPGA的高速并行处理能力，结合内置的增益控制器，确定输出信号的增益调节方案，传输给D/A转换器，D/A转换器将数字的增益方案转变成模拟的调节方案，直接对第一电调衰减器和第二电调衰减器施加影响，从而实现高精度地调节输入信号的增益。
和现有技术在对雷达接收到的信号进行增益调节时，采用固定增益的调节的技术方案或者全模拟信号的自动调节方式的技术方案，以及普通的数字增益调节技术方案相比，本发明采用具有电路逻辑可配置能力的FPGA现场可编程门阵列，其具有并行高速运算能力，同时FPGA现场可编程门阵列集成了增益控制器，配合检波器，A/D转换器将检测到的中频输出信号转换成数字信号，制定优化的调节方案，再通过D/A转换器将调节方案转换成模拟信号，施加给第一电调衰减器和第二电调衰减器，从而实现对雷达信号调节的技术方案，本发明的技术方案无法从现有的模拟增益调节方案中得到启示，现有的数字AGC实现方法运算速度过慢，计算量庞大，对数字AGC实现方法给出了相反的启示，本发明的技术方案想多于现有技术来说具有实质性的特点，为现有技术做出了贡献，其实现了对雷达接收到的信号进行实时、高精度、平滑的调节，获得了积极的效果，取得了实质性的进步。
为了进一步优化，提高检测器检测到的信号的质量，作为优选用于脉冲导航雷达的信号处理系统，还包括第一缓冲放大器，第一缓冲放大器的输入端连接检波器，第一缓冲放大器的输出端连接A/D转换器。
以上是对用于脉冲导航雷达的信号处理系统的获取检测信号能力的进一步改进。缓冲放大器主要用来进行隔离、阻抗匹配、增强电路的无杂散动态范围和降低失真的输出能力，在接A/D转换器前设置缓冲放大器，有助于A/D转换器满足后续处理需要的信号带宽和和失真要求。
为了进一步优化，提高用于调节电调衰减器增益的信号质量，作为优选，用于脉冲导航雷达的信号处理系统，还包括第二缓冲放大器，第二缓冲放大器的输入端连接D/A转换器，第二缓冲放大器的输出端均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。
以上是对用于脉冲导航雷达的信号处理系统增益调节实施能力的进一步改进。缓冲放大器主要用来进行隔离、阻抗匹配、增强电路的无杂散动态范围和降低失真的输出能力，在接D/A转换器后设置缓冲放大器，有助于满足后续处理需要的信号带宽和和失真要求。
为了进一步优化，提高FPGA现场可编程门阵列的并行运算能力和增益方案计算能力，作为优选， FPGA现场可编程门阵列包括中央处理器、增益控制器，A/D转换器连接中央处理器，中央处理器连接增益控制器，增益控制器连接D/A转换器。
以上是对用于脉冲导航雷达的信号处理系统增益调节方案的制定能力的进一步改进。设置在FPGA现场可编程门阵列增益控制器，可以很好地利用FPGA现场可编程门阵列的高速并行计算能力，从而快速计算出高精度的增益方案，及时传递给第一电调衰减器、第二电调衰减器，实现信号增益的精确调整。
为了进一步优化，提高增益控制器的增益调节能力，作为优选，增益控制器为AGC增益控制器、STC增益控制器中的一种。
以上是对用于脉冲导航雷达的信号处理系统的增益调节能力的进一步改进。AGC增益控制器是常用的增益控制器，数字化的AGC增益控制器比模拟信号的AGC增益控制器，不论是精度还是准确度上都有极大的提高，具有高速并行计算能力的FPGA现场可编程门阵列和AGC增益控制器相互配合，可以实现对信号的精确、实时调节。STC数字灵敏度时间控制采用既定的流程来控制增益，即近距离时使接收机的灵敏度降低，远距离时使接收机保持原来的增益和灵敏度，采用STC数字灵敏度时间控制和具有高速并行计算能力的FPGA现场可编程门阵列相互配合，可以根据实现根据距离调整信道的增益和灵敏程度。
为了进一步优化，提高增益控制器的增益调节能力，作为优选，增益控制器还包括AGC增益控制器和STC增益控制器的组合，AGC增益控制器和STC增益控制器的组合包括AGC增益控制器、STC增益控制器、增益选择器，AGC增益控制器、STC增益控制器均连接D/A转换器，AGC增益控制器、STC增益控制器通过增益选择器连接中央处理器。
以上是对用于脉冲导航雷达的信号处理系统增益调节能力的进一步改进。通过增益选择器，选择最优的增益调整方案，有利于根据信号的质量快速选择最适合的增益调节方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.          和现有技术在对雷达接收到的信号进行增益调节时，采用固定增益的调节的技术方案或者全模拟信号的自动调节方式的技术方案，以及普通的数字增益调节技术方案相比，本发明采用具有并行高速运算能力可配置的FPGA现场可编程门阵列来实现增益调节的数字化，加上检波器、第一缓冲放大器、A/D转换器相互配合的检波信号输入电路，加上D/A转换器、第二缓冲放大器相互配合的增益调节信号输出电路，从而实现实时、高精度、平滑调节雷达输入信号，获得了积极的效果，取得了实质性的进步。
2.          本发明的FPGA现场可编程门阵列中集成AGC增益控制器、STC增益控制器、增益选择器，可以更具雷达信号的实际情况自动选择最合适的增益调节方式，以获得最好的雷达中频输出信号。
本发明解决了现有技术在处理雷达接收机接收前的信号，采用单独的自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)技术不能有效处理雷达信号，存在控制不够灵活，衔接困难、不够平滑，一些数字AGC实现方法在算法方面存在速度过慢，或者程序量庞大，或则兼而有之的技术问题，它对雷达信号进行实时、高精度、平滑的调节，获得了积极的效果，取得了实质的进步，具有很好的实用性和产业价值。
附图说明
为了清楚说明本发明，下面采用附图对本发明及其实施例进行解释，并对附图作出简要说明。附图及附图说明是示意性的，不构成对本发明的具体限定。在本发明发明构思指导下，还可以通过下面的附图，得到其它附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进一步说明。对这些实施方式的说明主要用于帮助理解本发明的发明构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果。对这些实施方式的说明是示意性的，不构成对本发明的具体限定。本发明各个实施方式所涉及的技术特征，只要彼此不构成冲突就可以相互组合，通过等同替代或者是明显变型方式得到的所有实施例，和本发明的实施例实质上相同。
实施例一：
如图1所示，本发明，包括第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元、检波器、A/D转换器、集成增益控制器的FPGA现场可编程门阵列、D/A转换器，第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元顺次连接，检波器的输入端连接第二放大滤波单元，检波器的输出端连接A/D转换器，A/D转换器连接FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列连接D/A转换器，D/A转换器均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。
本发明投入使用时，第一步，检查、调试设备：检查第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元、检波器、A/D转换器、集成增益控制器的FPGA现场可编程门阵列、D/A转换器是否按本发明的技术方案连接，它们之间的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正；第二步，加电测试设备：启动电源，确认用于脉冲导航雷达的信号处理系统工作状态是否正常，正常后才投入使用；第三步，将用于脉冲导航雷达的信号处理系统接入雷达系统中使用。
本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。
实施例二：
为了提高用于脉冲导航雷达的信号处理系统的获取检测信号能力，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，还包括第一缓冲放大器，第一缓冲放大器的输入端连接检波器，第一缓冲放大器的输出端连接A/D转换器。
实施例三：
为了提高v，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，还包括第二缓冲放大器，第二缓冲放大器的输入端连接D/A转换器，第二缓冲放大器的输出端均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。
实施例四：
为了提高用于脉冲导航雷达的信号处理系统增益调节方案的制定能力，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的FPGA现场可编程门阵列包括中央处理器、增益控制器，A/D转换器连接中央处理器，中央处理器连接增益控制器，增益控制器连接D/A转换器。
实施例五：
为了提高用于脉冲导航雷达的信号处理系统的增益调节能力，本实施例在实施例四的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的增益控制器为AGC增益控制器、STC增益控制器中的一种。
实施例六：
为了提高用于脉冲导航雷达的信号处理系统增益调节能力，本实施例在实施例五的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的增益控制器还包括AGC增益控制器和STC增益控制器的组合，AGC增益控制器和STC增益控制器的组合包括AGC增益控制器、STC增益控制器、增益选择器，AGC增益控制器、STC增益控制器均连接D/A转换器，AGC增益控制器、STC增益控制器通过增益选择器连接中央处理器。
以上结合说明书附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明并不限于上述实施方式和实施例，在基于本发明的发明构思的基础上，对本发明的上述实施方式进行各种变化、修改、替换或变型，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于脉冲导航雷达的信号处理系统，包括第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元，其特征在于，还包括检波器、A/D转换器、集成增益控制器的FPGA现场可编程门阵列、D/A转换器，所述第一电调衰减器、第一放大滤波单元、第二电调衰减器、第二放大滤波单元顺次连接，所述检波器的输入端连接第二放大滤波单元，所述检波器的输出端连接A/D转换器，所述A/D转换器连接FPGA现场可编程门阵列，所述FPGA现场可编程门阵列连接D/A转换器，所述D/A转换器均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。
2.根据权利要求1所述的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，其特征在于，还包括第一缓冲放大器，所述第一缓冲放大器的输入端连接检波器，所述第一缓冲放大器的输出端连接A/D转换器。
3.根据权利要求1所述的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，其特征在于，还包括第二缓冲放大器，所述第二缓冲放大器的输入端连接D/A转换器，所述第二缓冲放大器的输出端均与第一电调衰减器和第二电调衰减器连接。
4.根据权利要求1所述的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，其特征在于，所述FPGA现场可编程门阵列包括中央处理器、增益控制器，A/D转换器连接中央处理器，所述中央处理器连接增益控制器，所述增益控制器连接D/A转换器。
5.根据权利要求4所述的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，其特征在于，所述增益控制器为AGC增益控制器、STC增益控制器中的一种。
6.根据权利要求5所述的用于脉冲导航雷达的信号处理系统，其特征在于，所述增益控制器还包括AGC增益控制器和STC增益控制器的组合，所述AGC增益控制器和STC增益控制器的组合包括AGC增益控制器、STC增益控制器、增益选择器，所述AGC增益控制器、STC增益控制器均连接D/A转换器，所述AGC增益控制器、STC增益控制器通过增益选择器连接中央处理器。
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