CN106680777A - 一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达回波数据采集领域，公开了一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法，包括：上位机，通信模块，接口板；上位机包含控制单元、CPU处理器和固态存储器；接口板包含FPGA芯片、光纤收发器和DDR3缓存模块；控制单元与CPU处理器单向连接，CPU处理器与固态存储器双向连接，CPU处理器还通过通信模块与FPGA芯片双向连接，光纤收发器与FPGA芯片单向连接，FPGA芯片与DDR3缓存模块双向连接；可以节省存储空间，对雷达回波数据有选择性的进行采集，提高改进系统算法和功能扩展的效率。

Description

一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法

技术领域

本发明属于雷达回波数据采集技术领域，尤其涉及一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法。

背景技术

一直以来，数据采集系统具有广泛的应用范围，在雷达系统中，主要应用于对雷达回波的采集与存储，是雷达试验设备中的重要组成部分。一方面，通过采集和存储，可以对重要的试验数据进行存档；另一方面，通过对大量的采集数据进行分析，可以完成系统的算法改进和功能扩展。传统的雷达回波数据采集是将采集器打开之后对接收到的所有数据都进行存储，没有固定性与选择性，存储时所耗内存比较大，而在存储内存比较小的情况下可能还会出现所采集的数据中只含有噪声数据的现象。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法，可以节省存储空间，对雷达回波数据有选择性的进行采集，提高改进系统算法和功能扩展的效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种对雷达回波数据进行部分采集的装置，所述装置通过光纤与外部雷达天线连接，所述装置包括：上位机，通信模块，接口板；

所述上位机包含控制单元、CPU处理器和固态存储器；所述接口板包含FPGA芯片、光纤收发器和DDR3缓存模块；

所述上位机与所述接口板通过通信模块双向连接，所述控制单元与所述CPU处理器通过串口单向连接，所述CPU处理器与所述固态存储器通过总线双向连接，所述FPGA芯片通过FPGA芯片与光纤收发器相连的接口与光纤收发器单向连接，所述FPGA芯片通过FPGA芯片与DDR3芯片互连的接口与DDR3缓存模块双向连接。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述通信模块由PCI9054芯片实现。

(2)所述光纤收发器包含十路光纤通道，用于采集十路雷达回波数据。

技术方案二：

一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，所述方法应用于如技术方案一所述的装置，所述方法包括：

光纤收发器实时获取外部雷达天线接收到的雷达回波数据报文；

控制单元产生数据采集控制信号，并将所述数据采集控制信号发送给CPU处理器；所述数据采集控制信号包含：数据采集触发信号、数据采集开始的方位、数据采集结束的方位、数据采集开始的距离、数据采集结束的距离以及数据存储的位置；其中，所述数据采集触发信号高电平有效；

CPU处理器将所述数据采集控制信号通过通信模块发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片将所述数据采集控制信号中的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位对应解析为与雷达回波数据报文格式一致的方位信息；

所述FPGA芯片根据所述数据采集开始的距离和数据采集结束的距离确定所述数据采集触发信号为高电平的开始距离单元号为：以及所述数据采集触发信号为高电平的结束距离单元号

当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致，且所述数据采集触发信号为高电平时，所述FPGA芯片驱动DDR3缓存模块对光纤收发器采集到的雷达回波数据进行降速与缓存；

所述DDR3缓存模块将缓存的雷达回波数据发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，并将数据处理后的雷达回波数据通过通信模块发送给固态存储器进行存储；

当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息不一致，或者所述数据采集触发信号为低电平时，结束雷达回波数据的采集。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)当雷达为机扫模式时，所述数据采集控制信号包含的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位具体为：

数据采集开始的机械方位、数据采集结束的机械方位、数据采集开始的仰角电方位、数据采集结束的仰角电方位；

当雷达为电扫模式时，所述数据采集控制信号包含的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位具体为：

数据采集开始的水平电方位、数据采集结束的水平电方位、数据采集开始的仰角电方位、数据采集结束的仰角电方位。

(2)所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，具体为：FPGA芯片将实部和虚部交错存储的位宽为16的雷达回波数据转换为高16位为实部、低16位为虚部，且位宽为32的雷达回波数据。

(3)雷达回波数据的水平电方位的范围为-45°～45°，精度为360/4096度；雷达回波数据的仰角电方位的范围为-55°～55°，精度为360/4096度。

(4)雷达回波数据的机械方位的范围为0°～360°，精度为360/4096度；雷达回波数据的仰角电方位的范围为-55°～55°，精度为360/4096度。

(5)每一帧雷达回波数据报文携带有该帧雷达回波数据的数据流控制命令字，所述数据流控制命令字中包含该帧雷达回波数据的机械方位、水平电方位和仰角电方位。

本发明提供的一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法，克服了传统雷达回波数据采集没有固定性、选择性，并且存储所耗内存比较大的弊端，可以根据数据采集控制信号自动与接收到的雷达回波数据的信息参数进行匹配，有选择性的对雷达回波信号数据进行采集存储，即可以对固定位置的固定目标的雷达回波信号进行数据采集，不仅节约存储空间，还可以提高改进信号处理机系统算法和功能扩展的效率。

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对雷达回波数据进行部分采集的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的部分采集时参数输入的界面示意图；

图3为本发明实施例提供的雷达电扫模式下部分采集的雷达回波数据所在位置示意图；

图4为本发明实施例提供的从光纤获取的一帧雷达回波数据流的组成示意图；

图5为本发明实施例提供的部分采集后的一帧雷达回波数据流的组成示意图；

其中，标号1为机扫模式控制单元；标号2为电扫模式控制单元；标号3为起始的水平电方位；标号4为起始的仰角电方位；标号5为结束的水平电方位；标号6为结束的仰角电方位；标号7为起始距离；标号8为结束距离；标号9为开始的距离单元号；标号10为结束的距离单元号。

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对雷达回波数据进行部分采集的装置，如图1所示，所述装置通过光纤与外部雷达天线连接，所述装置包括：上位机，通信模块，接口板；

所述上位机包含控制单元、CPU处理器和固态存储器；所述接口板包含FPGA芯片、光纤收发器和DDR3缓存模块；

所述上位机与所述接口板通过通信模块双向连接，所述控制单元与所述CPU处理器通过串口单向连接，所述CPU处理器与所述固态存储器通过总线双向连接，所述FPGA芯片通过FPGA芯片与光纤收发器相连的接口与光纤收发器单向连接，所述FPGA芯片通过FPGA芯片与DDR3芯片互连的接口与DDR3缓存模块双向连接。

示例性的，所述通信模块可由PCI9054芯片实现。这也是借用了PCI总线即插即用的优点。系统加电时，B IOS检测PCI总线，确定所有连接在PCI总线上的设备以及它们的配置要求，并进行系统的自动配置，这也就完成了接口板与主机板的连接。

示例性的，所述固态存储器的稳定工作速度可以达到33MB/s，存储容量为1000GB。

所述光纤收发器包含十路光纤通道，用于采集十路雷达回波数据。

其中，所述控制单元需要的参数可以通过设置在人机界面上的人机交互按钮进行设定，示例性的，所述人机界面如图2所示。

具体的，所述控制单元主要负责产生控制信号，所述控制信号包括要采集数据的方位信息、距离信息、存储文件的位置信息以及开始采集信息的触发信号；所述通信模块负责上位机与接口板之间的连接，即将上位机产生的控制信号传给接口板以及将接口板接收的雷达回波数据传给上位机；所述FPGA芯片主要负责解码控制信号并实时接收光纤传来的雷达回波信号。

本发明实施例还提供一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，所述方法应用于上述实施例所述的装置，所述方法包括：

光纤收发器实时获取外部雷达天线接收到的雷达回波数据报文；

控制单元产生数据采集控制信号，并将所述数据采集控制信号发送给CPU处理器；所述数据采集控制信号包含：数据采集触发信号、数据采集开始的方位、数据采集结束的方位、数据采集开始的距离、数据采集结束的距离以及数据存储的位置；其中，所述数据采集触发信号高电平有效；

当雷达为机扫模式时，所述数据采集控制信号包含的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位具体为：

数据采集开始的机械方位、数据采集结束的机械方位、数据采集开始的仰角电方位、数据采集结束的仰角电方位；

当雷达为电扫模式时，所述数据采集控制信号包含的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位具体为：

数据采集开始的水平电方位、数据采集结束的水平电方位、数据采集开始的仰角电方位、数据采集结束的仰角电方位。

需要补充的是，所述方位信息(包括机械方位、水平电方位和仰角电方位)在界面输入都以“度”为单位；距离信息以“公里”为单位。

CPU处理器将所述数据采集控制信号通过通信模块发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片将所述数据采集控制信号中的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位对应解析为与雷达回波数据报文格式一致的方位信息；

所述FPGA芯片根据所述数据采集开始的距离和数据采集结束的距离确定所述数据采集触发信号为高电平的开始距离单元号为：以及所述数据采集触发信号为高电平的结束距离单元号

当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致，且所述数据采集触发信号为高电平时，所述FPGA芯片驱动DDR3缓存模块对光纤收发器采集到的雷达回波数据进行降速与缓存；

需要补充的是，当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致，且所述数据采集触发信号为高电平时，说明雷达回波数据处于如图3所示的范围内，此时，开始驱动DDR3缓存模块将光纤收发器采集到的雷达回波信号进行降速与缓存；

所述DDR3缓存模块将缓存的雷达回波数据发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，并将数据处理后的雷达回波数据通过通信模块发送给固态存储器进行存储；

当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息不一致，或者所述数据采集触发信号为低电平时，结束雷达回波数据的采集。

需要说明的是，当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致时，将由该帧数据的报文、开始的距离单元号以及结束的距离单元号组成新报文进行缓存，当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致且所述数据采集触发信号为高电平时，将该帧数据中距离单元号开始与距离单元号结束之间的数据进行缓存，缓存后的数据前面重新加上帧头、所述该帧数据的新报文以及帧尾组成新的一帧数据后驱动DDR3缓存模块对数据进行降速与缓存。

需要补充的是，本发明实施例中提供的DDR3缓存模块可以包含第一DDR3存储器和第二DDR3存储器，当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致，且所述数据采集触发信号为高电平时，开始驱动第一DDR3存储器将光纤收发器采集到的雷达回波信号进行降速与缓存；所述第一DDR3存储器将缓存的雷达回波数据发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，并将数据处理后的雷达回波数据通过通信模块发送给固态存储器进行存储，与此同时，所述FPGA芯片驱动第二DDR3存储器对数据进行降速与缓存，以此往复，达到乒乓缓存，不丢数据的目的。

其中，所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，具体为：FPGA芯片将实部和虚部交错存储的位宽为16的雷达回波数据转换为高16位为实部、低16位为虚部，且位宽为32的雷达回波数据。

进一步的，雷达回波数据的水平电方位的范围为-45°～45°，精度为360/4096度；雷达回波数据的机械方位的范围为0°～360°，精度为360/4096度；雷达回波数据的仰角电方位的范围为-55°～55°，精度为360/4096度。

需要说明的是，每一帧雷达回波数据报文携带有该帧雷达回波数据的数据流控制命令字，所述数据流控制命令字中包含该帧雷达回波数据的机械方位、水平电方位和仰角电方位。

具体的，如图4所示，每一帧雷达回波数据流由帧头、报文、数据、帧尾组成，其中，帧头表示该帧数据的起始，帧尾表示该帧数据的结束，报文携带有该帧雷达回波数据的数据流控制命令字，所述数据流控制命令字中包含该帧雷达回波数据的机械方位、水平电方位和仰角电方位，如图5所示，本发明实施例提供的部分采集后的雷达回波数据报文中还包含开始的距离单元号与结束的距离单元号，所述距离单元号为每个数据所在的位置编号，即从报文之后开始计数，第一个数据的距离单元号为1，第二个数据的距离单元号为2，以此类推。

本发明提供的一种对雷达回波数据进行部分采集的装置及方法，克服了传统雷达回波数据采集没有固定性、选择性，并且存储所耗内存比较大的弊端，可以根据数据采集控制信号自动与接收到的雷达回波数据的信息参数进行匹配，有选择性的对雷达回波信号数据进行采集存储，即可以对固定位置的固定目标的雷达回波信号进行数据采集，不仅节约存储空间，还可以提高改进信号处理机系统算法和功能扩展的效率。

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)

1.一种对雷达回波数据进行部分采集的装置，所述装置通过光纤与外部雷达天线连接，其特征在于，所述装置包括：上位机，通信模块，接口板；

所述上位机包含控制单元、CPU处理器和固态存储器；所述接口板包含FPGA芯片、光纤收发器和DDR3缓存模块；

所述上位机与所述接口板通过通信模块双向连接，所述控制单元与所述CPU处理器通过串口单向连接，所述CPU处理器与所述固态存储器通过总线双向连接，所述FPGA芯片通过FPGA芯片与光纤收发器相连的接口与光纤收发器单向连接，所述FPGA芯片通过FPGA芯片与DDR3芯片互连的接口与DDR3缓存模块双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的装置，其特征在于，所述通信模块由PCI9054芯片实现。

3.根据权利要求1所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的装置，其特征在于，所述光纤收发器包含十路光纤通道，用于采集十路雷达回波数据。

4.一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，所述方法应用于如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：

光纤收发器实时获取外部雷达天线接收到的雷达回波数据报文；

控制单元产生数据采集控制信号，并将所述数据采集控制信号发送给CPU处理器；所述数据采集控制信号包含：数据采集触发信号、数据采集开始的方位、数据采集结束的方位、数据采集开始的距离、数据采集结束的距离以及数据存储的位置；其中，所述数据采集触发信号高电平有效；

CPU处理器将所述数据采集控制信号通过通信模块发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片将所述数据采集控制信号中的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位对应解析为与雷达回波数据报文格式一致的方位信息；

所述FPGA芯片根据所述数据采集开始的距离和数据采集结束的距离确定所述数据采集触发信号为高电平的开始距离单元号为：以及所述数据采集触发信号为高电平的结束距离单元号

当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息一致，且所述数据采集触发信号为高电平时，所述FPGA芯片驱动DDR3缓存模块对光纤收发器采集到的雷达回波数据进行降速与缓存；

所述DDR3缓存模块将缓存的雷达回波数据发送给FPGA芯片，所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，并将数据处理后的雷达回波数据通过通信模块发送给固态存储器进行存储；

当所述光纤收发器获取的雷达回波数据报文中的方位信息与FPGA芯片解析的方位信息不一致，或者所述数据采集触发信号为低电平时，结束雷达回波数据的采集。

5.根据权利要求4所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，其特征在于，当雷达为机扫模式时，所述数据采集控制信号包含的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位具体为：

数据采集开始的机械方位、数据采集结束的机械方位、数据采集开始的仰角电方位、数据采集结束的仰角电方位；

当雷达为电扫模式时，所述数据采集控制信号包含的数据采集开始的方位、数据采集结束的方位具体为：

数据采集开始的水平电方位、数据采集结束的水平电方位、数据采集开始的仰角电方位、数据采集结束的仰角电方位。

6.根据权利要求4所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，其特征在于，所述FPGA芯片对所述缓存的雷达回波数据进行数据处理，具体为：FPGA芯片将实部和虚部交错存储的位宽为16的雷达回波数据转换为高16位为实部、低16位为虚部，且位宽为32的雷达回波数据。

7.根据权利要求5所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，其特征在于，雷达回波数据的水平电方位的范围为-45°～45°，精度为360/4096度；雷达回波数据的仰角电方位的范围为-55°～55°，精度为360/4096度。

8.根据权利要求5所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，其特征在于，雷达回波数据的机械方位的范围为0°～360°，精度为360/4096度；雷达回波数据的仰角电方位的范围为-55°～55°，精度为360/4096度。

9.根据权利要求4所述的一种对雷达回波数据进行部分采集的方法，其特征在于，每一帧雷达回波数据报文携带有该帧雷达回波数据的数据流控制命令字，所述数据流控制命令字中包含该帧雷达回波数据的机械方位、水平电方位和仰角电方位。