CN105589060A - 一种相控阵雷达回波模拟系统及模拟方法 - Google Patents

一种相控阵雷达回波模拟系统及模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达模拟测试领域，公开了一种相控阵雷达回波模拟系统及模拟方法，包括：电脑主机、通信模块、FLASH存储阵列、FPGA处理器、光纤通信模块、回波信号处理模块；电脑主机与通信模块双向连接，通信模块与FLASH存储阵列双向连接，通信模块还与FPGA处理器单向连接，FLASH存储阵列与FPGA处理器双向连接，FPGA处理器与光纤通信模模块单向连接，光纤通信模块与回波信号处理模块单向连接，回波信号处理模块还与FPGA处理器单向连接；能够对相控阵雷达的算法性能以及系统设计的稳定性进行全面检测。

Description

一种相控阵雷达回波模拟系统及模拟方法
技术领域
本发明涉及雷达模拟测试技术领域，尤其涉及一种相控阵雷达回波模拟系统及模拟方法，适用于实际工程应用。
背景技术
相控阵雷达是利用相位控制电子扫描的雷达，相控阵技术的目标是形成不同特性的波束，并且可以任意的改变波束的指向，该技术是通过控制天线的各个阵元的相位和幅度来完成的，相控阵雷达具有扫描时间短且易控制等特点，并且如果使用阵面天线，其中的天线可以分组分别实现不同的功能，也就是一个雷达具有多个雷达的功能。
在相控阵雷达系统的研制过程中，相控阵雷达的信号处理机需要在不同的环境下，即在不同的干扰和噪声下对回波信号进行处理，所以对相控阵雷达系统的稳定性以及算法的性能的测试和验证十分重要。
为了验证相控阵雷达的算法性能以及系统设计的稳定性，需要大量的原始回波数据，然而通过相控阵雷达在外场进行现场测试的方法来获得相控阵雷达的回波数据，需要花费大量的人力和物力资源。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种相控阵雷达回波模拟系统及模拟方法，能够对相控阵雷达的算法性能以及系统设计的稳定性进行全面检测，并能够模拟相控阵雷达在实际检测过程中接收到的目标回波信号，为相控阵雷达提供全面可靠的验证手段。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种相控阵雷达回波模拟系统，所述相控阵雷达回波模拟系统包括：电脑主机、通信模块、FLASH存储阵列、FPGA处理器、光纤通信模块、回波信号处理模块；
所述电脑主机与所述通信模块双向通讯连接，所述通信模块与所述FLASH存储阵列双向通讯连接，所述通信模块单向通讯连接所述FPGA处理器，所述FLASH存储阵列与所述FPGA处理器双向通讯连接，所述FPGA处理器单向通讯连接所述光纤通信模块，所述光纤通信模块单向通讯连接所述回波信号处理模块，所述回波信号处理模块单向通讯连接所述FPGA处理器；
所述电脑主机包含固态存储器和上位机软件，所述固态存储器用于预先存储不同雷达脉冲信号所对应的雷达模拟回波数据；所述上位机软件用于通过通信模块向所述FPGA处理器发送控制指令，所述控制指令至少包含：写FLASH存储阵列指令、读FLASH存储阵列指令、擦除FLASH存储阵列指令、回放FLASH存储阵列指令；
所述FPGA处理器用于根据所述写FLASH存储阵列指令将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列；或者用于根据所述读FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块读出至所述固态存储器；或者用于根据所述擦除FLASHS存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据进行擦除；
所述回波信号处理模块用于向所述FPGA处理器发送雷达脉冲信号，所述FPGA处理器还用于根据所述雷达脉冲信号和所述回放FLASH存储阵列指令从所述FLASH存储阵列中读取与所述雷达脉冲信号对应的雷达模拟回波数据；并将所述雷达模拟回波数据发送至所述光纤通信模块；
所述光纤通信模块用于将接收到的所述雷达模拟回波数据发送至所述回波信号处理模块；所述回波信号处理模块还用于根据所述雷达模拟回波数据确定目标的距离信息和方位信息。
技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述相控阵雷达回波模拟系统还包括电源模块，所述电源模块包含数字电源和模拟电源；
所述数字电源用于向所述通信模块、所述FLASH存储阵列、所述FPGA处理器和所述光纤通信模块供电；
所述模拟电源用于向所述电脑主机和所述回波信号处理模块供电。
(2)所述相控阵雷达回波模拟系统还包括DDR存储器，所述DDR存储器分别与所述FPGA处理器和所述光纤通信模块连接，用于将FPGA处理器发送的雷达模拟回波数据进行缓存，然后再发送至所述光纤通信模块。
(3)所述通信模块采用PCI9054芯片实现。
(4)所述FPGA处理器采用EP2S60F1020I5芯片实现。
技术方案二：
一种相控阵雷达回波模拟方法，所述相控阵雷达回波模拟方法应用于如技术方案一所述的相控阵雷达回波模拟系统中，所述方法包括雷达模拟回波数据的存储和雷达模拟回波数据的回放；
所述雷达模拟回波数据的存储具体包括：
固态存储器预先存储不同雷达脉冲信号所对应的雷达模拟回波数据；
上位机软件通过通信模块向FPGA处理器发送控制指令，所述控制指令至少包含：写FLASH存储阵列指令、读FLASH存储阵列指令、擦除FLASH存储阵列指令、回放FLASH存储阵列指令；
所述FPGA处理器根据所述写FLASH存储阵列指令将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列；
所述雷达模拟回波数据的回放具体包括：
回波信号处理模块向所述FPGA处理器发送雷达脉冲信号；
所述FPGA处理器根据所述雷达脉冲信号和上位机发送的回放FLASH存储阵列指令从FLASH存储阵列中读取与所述雷达脉冲信号对应的雷达模拟回波数据，并将所述雷达模拟回波数据发送至光纤通信模块；
光纤通信模块接收所述雷达模拟回波数据，并将其发送至回波信号处理模块，所述回波信号处理模块根据所述雷达模拟回波数据确定目标的距离信息和方位信息。
技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)所述雷达模拟回波数据的存储中，将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列之后还包括：
所述FPGA处理器根据所述读FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块读出至所述固态存储器；
固态存储器将预先存储的雷达模拟回波数据与从FLASH存储阵列中读取的雷达模拟回波数据进行对比，保证写入FLASH存储阵列的雷达模拟回波数据正确。
(2)所述方法还包括：所述FPGA处理器根据所述擦除FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据进行擦除。
(3)所述写FLASH存储阵列指令包括写部分FLASH存储阵列指令和写全部FLASH存储阵列指令；所述读FLASH存储阵列指令包括读部分FLASH存储阵列指令和读全部FLASH存储阵列指令；所述擦除FLASH存储阵列指令包括擦除部分FLASH存储阵列指令和擦除全部FLASH存储阵列指令；所述回放FLASH存储阵列指令包括回放部分FLASH存储阵列指令和回放全部FLASH存储阵列指令。
本发明的有益效果为：(1)不需要进行实际试验即可以检测相控阵雷达的算法性能以及系统工作的稳定性；(2)本发明可以选择性的对FLASH阵列中的数据进行全部擦除或部分擦除；(3)本发明可以选择性的向FLASH阵列中写入全部数据或部分数据；(4)本发明可以选择性的对相控阵雷达模拟回波数据进行全部数据回放和部分数据帧数回放，可以实时监测目标信号相对于相控阵雷达的距离信息和方位信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种相控阵雷达回波模拟系统的框架示意图一；
图2为本发明实施例提供的FLASH存储阵列的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种相控阵雷达回波模拟系统的框架示意图二；
图4为本发明实施例提供的一种相控阵雷达回波模拟方法的流程示意图一；
图5为本发明实施例提供的一种相控阵雷达回波模拟方法的流程示意图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种相控阵雷达回波模拟系统，如图1所示，所述相控阵雷达回波模拟系统包括：电脑主机1、通信模块2、FLASH存储阵列3、FPGA处理器4、光纤通信模块5、回波信号处理模块6。
所述电脑主机与所述通信模块双向通讯连接，所述通信模块与所述FLASH存储阵列双向通讯连接，所述通信模块单向通讯连接所述FPGA处理器，所述FLASH存储阵列与所述FPGA处理器双向通讯连接，所述FPGA处理器单向通讯连接所述光纤通信模块，所述光纤通信模块单向通讯连接所述回波信号处理模块，所述回波信号处理模块单向通讯连接所述FPGA处理器。
所述电脑主机1包含固态存储器11和上位机软件12。
所述固态存储器用于预先存储不同雷达脉冲信号所对应的雷达模拟回波数据。
所述上位机软件用于通过通信模块向所述FPGA处理器发送控制指令，所述控制指令至少包含：写FLASH存储阵列指令、读FLASH存储阵列指令、擦除FLASH存储阵列指令、回放FLASH存储阵列指令。
所述FPGA处理器用于根据所述写FLASH存储阵列指令将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列；或者用于根据所述读FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块读出至所述固态存储器；或者用于根据所述擦除FLASHS存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据进行擦除。
所述回波信号处理模块用于向所述FPGA处理器发送雷达脉冲信号，所述FPGA处理器还用于根据所述雷达脉冲信号和所述回放FLASH存储阵列指令从所述FLASH存储阵列中读取与所述雷达脉冲信号对应的雷达模拟回波数据；并将所述雷达模拟回波数据发送至所述光纤通信模块。
所述光纤通信模块用于将接收到的所述雷达模拟回波数据发送至所述回波信号处理模块；所述回波信号处理模块还用于根据所述雷达模拟回波数据确定目标的距离信息和方位信息。
需要补充的是，本发明实施例提供的FLASH存储阵列采用8组FLASH并联工作，如图2所示，速度可以达到200MB/s，每组FLASH中，采用8片FLASH串联工作，则FLASH阵列共有64片FLASH，其总体存储量为128GB。FLASH阵列中的每片FLASH均分为2小片，每小片包含N1块，每块包含N2页，其中，N1和N2均为正整数。
示例性的，所述通信模块采用PCI9054芯片实现。
示例性的，所述FPGA处理器采用EP2S60F1020I5芯片实现。该芯片的最高处理速度可以达到500MB/s，外部传输端口为LVDS差分端口，最大传输时钟可以达到400MHz。
示例性的，所述固态存储器的稳定工作速度可以达到25MB/s，存储容量为1000GB。
示例性的，所述光纤通信模块包括十路光纤通道，可以传送十路雷达模拟回波数据。
进一步的，所述FPGA处理器，还用于给相控阵雷达回波模拟系统提供时序。
进一步的，如图3所示，所述相控阵雷达回波模拟系统还包括电源模块7，所述电源模块7包含数字电源71和模拟电源72。
所述数字电源为+5V的开关电源，电流为10A，用于向所述通信模块、所述FLASH存储阵列、所述FPGA处理器和所述光纤通信模块供电；所述模拟电源的电压为12V，电流为1.5A，用于向所述电脑主机和所述回波信号处理模块供电。
所述相控阵雷达回波模拟系统还包括DDR存储器，所述DDR存储器分别与所述FPGA处理器和所述光纤通信模块连接，用于将FPGA处理器发送的雷达模拟回波数据进行缓存，然后再发送至所述光纤通信模块。
本发明实施例还提供一种相控阵雷达回波模拟方法，所述相控阵雷达回波模拟方法应用于上述实施例所述的相控阵雷达回波模拟系统中，所述方法包括雷达模拟回波数据的存储和雷达模拟回波数据的回放。
如图4所示，所述雷达模拟回波数据的存储具体包括：
步骤1，固态存储器预先存储不同雷达脉冲信号所对应的雷达模拟回波数据。
具体的，上位机软件可以通过对雷达模拟回波数据的各项参数进行设置，根据相控阵雷达所处工作环境的不同产生各种类型的雷达模拟回波数据，将其预先存储于固态存储器中。
步骤2，上位机软件通过通信模块向FPGA处理器发送控制指令。
所述控制指令至少包含：写FLASH存储阵列指令、读FLASH存储阵列指令、擦除FLASH存储阵列指令、回放FLASH存储阵列指令。
步骤3，所述FPGA处理器根据所述写FLASH存储阵列指令将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列。
如图5所示，所述雷达模拟回波数据的回放具体包括：
步骤1，回波信号处理模块向所述FPGA处理器发送雷达脉冲信号。
步骤2，所述FPGA处理器根据所述雷达脉冲信号和上位机发送的回放FLASH存储阵列指令从FLASH存储阵列中读取与所述雷达脉冲信号对应的雷达模拟回波数据，并将所述雷达模拟回波数据发送至光纤通信模块。
步骤3，光纤通信模块接收所述雷达模拟回波数据，并将其发送至回波信号处理模块，所述回波信号处理模块根据所述雷达模拟回波数据确定目标的距离信息和方位信息。
进一步的，所述雷达模拟回波数据的存储中，将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列之后所述雷达模拟回波数据的存储还包括：
步骤4，所述FPGA处理器根据所述读FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块读出至所述固态存储器。
步骤5，固态存储器将预先存储的雷达模拟回波数据与从FLASH存储阵列中读取的雷达模拟回波数据进行对比，保证写入FLASH存储阵列的雷达模拟回波数据正确。
需要补充的是，本发明实施例提供的一种相控阵雷达回波数据模拟方法还包括：FPGA处理器还可以根据所述擦除FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据进行擦除。
进一步的，所述写FLASH存储阵列指令包括写部分FLASH存储阵列指令和写全部FLASH存储阵列指令；所述读FLASH存储阵列指令包括读部分FLASH存储阵列指令和读全部FLASH存储阵列指令；所述擦除FLASH存储阵列指令包括擦除部分FLASH存储阵列指令和擦除全部FLASH存储阵列指令；所述回放FLASH存储阵列指令包括回放部分FLASH存储阵列指令和回放全部FLASH存储阵列指令。
本发明实施例提供的一种相控阵雷达回波数据模拟系统和模拟方法，不需要进行实际试验即可以检测相控阵雷达的算法性能以及系统工作的稳定性；可以选择性的对FLASH阵列中的数据进行全部擦除或部分擦除；可以选择性的向FLASH阵列中写入全部数据或部分数据；可以选择性的对相控阵雷达模拟回波数据进行全部数据回放和部分数据帧数回放，可以实时监测目标信号相对于相控阵雷达的距离信息和方位信息。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种相控阵雷达回波模拟系统，其特征在于，所述相控阵雷达回波模拟系统包括：电脑主机、通信模块、FLASH存储阵列、FPGA处理器、光纤通信模块、回波信号处理模块；
所述电脑主机与所述通信模块双向通讯连接，所述通信模块与所述FLASH存储阵列双向通讯连接，所述通信模块单向通讯连接所述FPGA处理器，所述FLASH存储阵列与所述FPGA处理器双向通讯连接，所述FPGA处理器单向通讯连接所述光纤通信模块，所述光纤通信模块单向通讯连接所述回波信号处理模块，所述回波信号处理模块单向通讯连接所述FPGA处理器；
所述电脑主机包含固态存储器和上位机软件，所述固态存储器用于预先存储不同雷达脉冲信号所对应的雷达模拟回波数据；所述上位机软件用于通过通信模块向所述FPGA处理器发送控制指令，所述控制指令至少包含：写FLASH存储阵列指令、读FLASH存储阵列指令、擦除FLASH存储阵列指令、回放FLASH存储阵列指令；
所述FPGA处理器用于根据所述写FLASH存储阵列指令将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列；或者用于根据所述读FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块读出至所述固态存储器；或者用于根据所述擦除FLASHS存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据进行擦除；
所述回波信号处理模块用于向所述FPGA处理器发送雷达脉冲信号，所述FPGA处理器还用于根据所述雷达脉冲信号和所述回放FLASH存储阵列指令从所述FLASH存储阵列中读取与所述雷达脉冲信号对应的雷达模拟回波数据；并将所述雷达模拟回波数据发送至所述光纤通信模块；
所述光纤通信模块用于将接收到的所述雷达模拟回波数据发送至所述回波信号处理模块；所述回波信号处理模块还用于根据所述雷达模拟回波数据确定目标的距离信息和方位信息。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达回波模拟系统，其特征在于，所述相控阵雷达回波模拟系统还包括电源模块，所述电源模块包含数字电源和模拟电源；
所述数字电源用于向所述通信模块、所述FLASH存储阵列、所述FPGA处理器和所述光纤通信模块供电；
所述模拟电源用于向所述电脑主机和所述回波信号处理模块供电。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达回波模拟系统，其特征在于，所述相控阵雷达回波模拟系统还包括DDR存储器，所述DDR存储器分别与所述FPGA处理器和所述光纤通信模块连接，用于将FPGA处理器发送的雷达模拟回波数据进行缓存，然后再发送至所述光纤通信模块。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达回波模拟系统，其特征在于，所述通信模块采用PCI9054芯片实现。
5.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达回波模拟系统，其特征在于，所述FPGA处理器采用EP2S60F1020I5芯片实现。
6.一种相控阵雷达回波模拟方法，所述相控阵雷达回波模拟方法应用于如权利要求1-4中任一项所述的相控阵雷达回波模拟系统中，其特征在于，所述方法包括雷达模拟回波数据的存储和雷达模拟回波数据的回放；
所述雷达模拟回波数据的存储具体包括：
固态存储器预先存储不同雷达脉冲信号所对应的雷达模拟回波数据；
上位机软件通过通信模块向FPGA处理器发送控制指令，所述控制指令至少包含：写FLASH存储阵列指令、读FLASH存储阵列指令、擦除FLASH存储阵列指令、回放FLASH存储阵列指令；
所述FPGA处理器根据所述写FLASH存储阵列指令将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列；
所述雷达模拟回波数据的回放具体包括：
回波信号处理模块向所述FPGA处理器发送雷达脉冲信号；
所述FPGA处理器根据所述雷达脉冲信号和上位机发送的回放FLASH存储阵列指令从FLASH存储阵列中读取与所述雷达脉冲信号对应的雷达模拟回波数据，并将所述雷达模拟回波数据发送至光纤通信模块；
光纤通信模块接收所述雷达模拟回波数据，并将其发送至回波信号处理模块，所述回波信号处理模块根据所述雷达模拟回波数据确定目标的距离信息和方位信息。
7.根据权利要求6所述的一种相控阵雷达回波模拟方法，其特征在于，所述雷达模拟回波数据的存储中，将所述固态存储器中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块写入FLASH存储阵列之后还包括：
所述FPGA处理器根据所述读FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据通过所述通信模块读出至所述固态存储器；
固态存储器将预先存储的雷达模拟回波数据与从FLASH存储阵列中读取的雷达模拟回波数据进行对比，保证写入FLASH存储阵列的雷达模拟回波数据正确。
8.根据权利要求6所述的一种相控阵雷达回波模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述FPGA处理器根据所述擦除FLASH存储阵列指令将FLASH存储阵列中的雷达模拟回波数据进行擦除。
9.根据权利要求6所述的一种相控阵雷达回波模拟方法，其特征在于，所述写FLASH存储阵列指令包括写部分FLASH存储阵列指令和写全部FLASH存储阵列指令；所述读FLASH存储阵列指令包括读部分FLASH存储阵列指令和读全部FLASH存储阵列指令；所述擦除FLASH存储阵列指令包括擦除部分FLASH存储阵列指令和擦除全部FLASH存储阵列指令；所述回放FLASH存储阵列指令包括回放部分FLASH存储阵列指令和回放全部FLASH存储阵列指令。
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