CN105527611B - 一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，包括第一FPGA芯片、时钟模块和射频控制与通信模块。第一FPGA芯片通过射频控制与通信模块控制控阵雷达天线波束的相位，实现相控阵雷达的波束控制；另一方面，相控阵雷达的天线接收被反射回来的电磁脉冲，基带数据经过FPGA夹层卡送回第一FPGA芯片，第一FPGA芯片再对接收到的基带数据进行数据处理。通过集成相控阵雷达的多个功能模块并加强系统的同步性处理，使得通信速度大幅度提高，突破了一般高速军用接口的上限；同时，集成卡板的体积要小于传统相控阵雷达控制部分的体积，降低了运维成本和耗电量。

Description

一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板
技术领域
本发明涉及雷达领域，具体涉及一种相控阵雷达的波束控制与基带信号处理集成卡板。
背景技术
相控阵雷达是一种体制先进的雷达，包括阵列天线、收发模块、上下变频器、基带收发处理模块、数字信号处理和终端控制显示等多个子系统。相控阵雷达的特点是其天线由多个小型天线排列而成，小型天线在雷达系统工作的时候保持不动或者只按一个方向来转动，通过电子控制的方法来实现雷达波束的转动。波束控制的工作原理是通过改变小型天线之间波束的相位关系来实现波束的转动，具体实现方式就是通过数字控制电路控制收发模块上面的移相器来改变小型天线之间相位，从而实现波束的转动。雷达的工作时间都在微秒级别，因此，需要特殊的高速数字控制电路来完成波束控制。
传统的相控阵雷达方案都是采用多卡联合的模式来实现雷达控制，雷达基带信号的收发和信号处理，也就是说，一块专用卡板来实现相控阵雷达的数字控制电路，一块专用板卡来进行雷达基带信号采样，一块专用板卡来进行雷达信号处理，一块专用板卡用来把处理完的数据发送到上位机进行进一步的显示。这种做法的好处是每块板子都可以独立设计，满足相控阵雷达在雷达控制，信号采集和数据处理上面的不同要求，缺点是设计复杂，板卡多，集成度低，这样板卡之间的速度也无法做到3.125GHz以上。同时因为系统集成度低，一旦发生故障，排错的时间非常长。而且集成度低也带来体积庞大，成本高，耗电量高的恶果。
综上所述，提供一种集成度高且速度快的卡板，是亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用一块大型FPGA芯片来同时进行相控阵雷达的波束控制与信号处理，具有集成度高和大幅提高速度等好处的相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：包括一PCB板，所述PCB板上设置有第一FPGA芯片(1)、第一、第二组专用接口、时钟模块(2)和射频控制与通信模块(3)，所述第一FPGA芯片(1)通过射频控制与通信模块(3)连接相控阵雷达的收发模块，所述时钟模块(2)与第一FPGA芯片(1)连接，所述第一组专用接口与射频控制与通信模块(3)连接，第一FPGA芯片(1)通过第二组专用接口与上位机相连；
还包括第二FPGA芯片(4)，所述第一FPGA芯片(1)通过所述第二FPGA芯片(4)连接上位机，所述时钟模块(2)与第二FPGA芯片(4)连接；
还包括FPGA夹层卡(5)，所述第一FPGA芯片(1)通过FPGA夹层卡(5)与相控阵雷达的收发模块连接；所述FPGA夹层卡(5)设置有两个。
进一步的，所述第一FPGA芯片(1)和第二FPGA芯片(4)之间通过高速串行总线连接。
进一步的，所述第二FPGA芯片(4)包括四个DDR3芯片。
进一步的，所述射频控制与通信模块(3)为64路射频控制与通信电路。
进一步的，所述时钟模块(2)包括一时钟扇出芯片和一信号缓冲芯片。
进一步的，所述第一FPGA芯片(1)与相控阵雷达的收发模块之间和与上位机之间的接口为XAUI接口。
进一步的，所述第一组专用接口包括第一专用接口(601)，第二专用接口(602)和第三专用接口(603)，所述第二组专用接口包括第四专用接口(600)和第五专用接口(604)。
本发明的有益效果是：一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，通过集成相控阵雷达的多个功能模块，并加强系统的同步性处理，使得通信速度大幅度提高，突破了一般高速军用接口RapidIO3.125Gbps的上限，同时，波束控制与信号处理集成卡板的体积要小于传统相控阵雷达控制部分的体积，降低了运维成本和耗电量。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的集成卡板的模块示意图；
图2为本发明的集成卡板的PCB板布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
参照附图1和附图2，本发明提出一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，包括一PCB板，所述PCB板上设置有第一FPGA芯片1、第一、第二组专用接口、时钟模块2和射频控制与通信模块3，所述第一FPGA芯片1通过射频控制与通信模块3连接相控阵雷达的收发模块，所述时钟模块2与第一FPGA芯片1连接，第一组专用接口与射频控制与通信模块3连接，第一FPGA芯片1通过第二组专用接口与上位机相连。第一组专用接口包括第一专用接口601，第二专用接口602和第三专用接口603，用于第一FPGA芯片1和射频控制与通信模块3的实际连接，负责把第一FPGA芯片1的波束控制信号(数字信号)传输给相控阵雷达，其连接速度达到了5Gbps；第二组专用接口包括第四专用接口600和第五专用接口604，负责第一FPGA芯片1和上位机之间的实际连接，运行速度为3.125Gbps。另一方面，集成卡板还可包括第二FPGA芯片4，所述第一FPGA芯片1通过所述第二FPGA芯片4连接上位机，所述时钟模块2与第二FPGA芯片4连接，第二FPGA芯片4包括四个DDR3芯片，第一FPGA芯片1和第二FPGA芯片4之间通过高速串行总线连接。第一FPGA芯片1负责相控阵雷达的控制、基带信号的收发和信号处理，第一FPGA芯片1集成了传统雷达控制和数据处理系统等各种功能卡板；而第二FPGA芯片4则负责第一FPGA芯片1与上位机通信。使用大容量的主FPGA芯片，将第二FGA芯片4的所有显示功能集成在容量更大的主FPGA芯片上，以进一步提高卡板的集成度；也可以设置第二FPGA芯片4，第一FPGA芯片1通过所述第二FPGA芯片4连接上位机，这样的好处是用一块独立的FPGA板来负责与上位机之间的通信。
集成卡板还包括FPGA夹层卡5，负责基带信号(模拟信号)的发送与接收，所述第一FPGA芯片1通过FPGA夹层卡5与相控阵雷达的收发模块连接，所述FPGA夹层卡5设置有两个，一个负责发送基带信号，另一个负责接收基带信号，也可以只用一个同时负责基带信号的收发，另一个则作为备用。而射频控制与通信模块3为64路射频控制与通信电路；时钟模块2包括一时钟扇出芯片和一信号缓冲芯片，通过时钟模块2的信号缓冲芯片加强64路射频控制与通信电路信号的同步性。作为本发明的优选实施方式，可以把负责基带信号(模拟信号)的发送与接收的FPGA夹层卡5直接设计在主设计板上，以进一步提高卡板的集成度。
相控阵雷达的工作原理为：相控阵雷达包括阵列天线、收发模块、上下变频器、基带收发处理模块、数字信号处理和终端控制显示等多个子系统。相控阵雷达的特点是其天线由多个小型天线组成的天线排列而成，雷达系统工作时，天线保持不动或者只按一个方向来转动，而雷达的波束则可以通过电子控制的方法来实现雷达波束的转动；另一方面，天线会向所关注的监控区域发射一连串电磁脉冲，在这监控区域里的物体会将电磁脉冲反射给天线，有些物体反射回来的雷达信号是需要得到关注的，则被称为“目标”，而其他剩下的物体反射回来的雷达信号被称为“杂波”，也就是雷达系统里的噪音。通常，从天线收集到的雷达数据通过数据链上的一个带通滤波器进行预处理，去掉在雷达数据外部无关信号或噪音，然后经过上下变频器把雷达数据解调到中频雷达数据，再进行雷达数据的模数转换。此时，雷达数据被解调到基带数据，并对基带数据进行低通滤波和采样。一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其工作原理为：第一FPGA芯片1通过射频控制与通信模块3控制收发模块上面的移相器，改变相控阵雷达的小型天线之间波束的相位关系来实现波束的转动，从而控制相控阵雷达可以对所关注的监控区域发射电磁脉冲，实现相控阵雷达的波束控制；另一方面，相控阵雷达的天线接收被反射回来的电磁脉冲，电磁脉冲的基带数据经过FPGA夹层卡5送回第一FPGA芯片1，第一FPGA芯片1再对接收到的基带数据进行数据处理。
以上是对发明的较佳实施进行了具体说明，但发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：包括一PCB板，所述PCB板上设置有第一FPGA芯片(1)、第一、第二组专用接口、时钟模块(2)和射频控制与通信模块(3)，所述第一FPGA芯片(1)通过射频控制与通信模块(3)连接相控阵雷达的收发模块，所述时钟模块(2)与第一FPGA芯片(1)连接，所述第一组专用接口与射频控制与通信模块(3)连接，第一FPGA芯片(1)通过第二组专用接口与上位机相连；
还包括第二FPGA芯片(4)，所述第一FPGA芯片(1)通过所述第二FPGA芯片(4)连接上位机，所述时钟模块(2)与第二FPGA芯片(4)连接；
还包括FPGA夹层卡(5)，所述第一FPGA芯片(1)通过FPGA夹层卡(5)与相控阵雷达的收发模块连接；所述FPGA夹层卡(5)设置有两个。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：所述第一FPGA芯片(1)和第二FPGA芯片(4)之间通过高速串行总线连接。
3.根据权利要求2所述的一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：所述第二FPGA芯片(4)包括四个DDR3芯片。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：所述射频控制与通信模块(3)为64路射频控制与通信电路。
5.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：所述时钟模块(2)包括一时钟扇出芯片和一信号缓冲芯片。
6.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：所述第一FPGA芯片(1)与相控阵雷达的收发模块之间和与上位机之间的接口为XAUI接口。
7.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达的波束控制与信号处理集成卡板，其特征在于：所述第一组专用接口包括第一专用接口(601)，第二专用接口(602)和第三专用接口(603)，所述第二组专用接口包括第四专用接口(600)和第五专用接口(604)。
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