CN201307162Y - 一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置，该装置基于软件无线电设计思想构造一个硬件平台，采用软件方法模拟运动目标的距离和多普勒调制频率，使用新一代数字上变频芯片AD9957作为波形产生电路，以DSP－BF537为控制核心，同时利用FPGA产生同步控制时序。本实用新型的优点在于：1)利用GPS实现系统与雷达基站的同步，从而去掉了接收电路。信号源只包含波形产生与放大电路，电路简单，功耗小。2)系统参数传送基于网络接口设计，可以远程控制；3)雷达工作参数，包括工作频率、触发脉冲周期、占空比等以及模拟目标距离和多普勒频移等均可灵活设置。
Description
技术领域
本实用新型涉及高频地波雷达技术领域，特别是涉及一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置。
背景技术
在高频地波雷达系统测试与应用中，往往需要一个已知信号来对雷达进行校准与定标。传统的高频地波雷达系统校准源如中国专利申请03235739.7公开的一种高频地波雷达应答器，虽然能够为雷达系统提供一个已知的模拟信号，但其也存在如下问题：1)同时包括接收与发射电路，系统复杂；2)应答器与雷达系统为非相干系统，因受收发调制的影响，作用距离不稳定；3)工作频率单一，模拟目标的距离延时和多普勒调制频率固定等。
实用新型内容
本实用新型的目的正是为了克服上述背景技术的不足之处，提供一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置，使其能够产生与雷达系统同步的目标模拟信号，并且信号的相关参数，模拟运动目标的距离以及多普勒频率都可以灵活设置，以满足高频地波雷达的应用需求。
本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的：一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置，其所述装置包括以DSP芯片为主体的用于实现工作状态实时控制的主控制电路、以FPGA芯片为主体的用于产生同步控制信号的同步控制电路以及以数字正交上变频芯片为主体的用于产生调制信号并输出的波形产生电路；所述的主控制电路与同步控制电路相连，同步控制电路的输出端与波形产生电路相连。
在上述技术方案中，所述主控制电路包括DSP芯片、网络接口和RS232串口，其DSP芯片分别与网络接口和RS232串口相连。
在上述技术方案中，所述主控制电路还包括一高速双口RAM，高速双口RAM与DSP芯片的数据总线和地址总线相连。
在上述技术方案中，所述同步控制电路包括FPGA芯片，FPGA芯片内有同步控制模块、触发脉冲产生模块和数字正交上变频芯片控制模块，其FPGA芯片IO脚上连接有DSP芯片的数据总线和地址总线，以及数字正交上变频芯片的数据口。
在上述技术方案中，所述波形产生电路包括数字正交上变频芯片和静态RAM，其数字正交上变频芯片的并行数据口分别与静态RAM的数据口和FPGA芯片IO脚相连，串行数据口通过FPGA与DSP芯片的SPI口相连，静态RAM的数据口和地址口与FPGA芯片IO脚相连。
本实用新型基于软件无线电设计思想构造了一个硬件平台，通过软件的方法模拟运动目标的距离和多普勒调制频率。其结构简洁，操作方便，接口丰富，适合扩展。本实用新型的优点在于：1)利用GPS实现系统与雷达基站的同步，从而去掉了接收电路。信号源只包含波形产生与放大电路，电路简单，功耗小。2)系统参数传送基于网络接口设计，可以远程控制；3)雷达工作参数，包括工作频率、触发脉冲周期、占空比等以及模拟目标距离和多普勒频移等均可灵活设置。
附图说明
图1为本实用新型同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置的系统框图。
图2为本实用新型主体电路连接示意图。
图3为本实用新型AD9957控制模块工作示意图。
图4为本实用新型触发脉冲产生模块工作示意图。
图5为本实用新型的软件程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的描述。
参见图1、图2，本实用新型主要由三大部分组成：以ADSP-BF537为控制核心，配合有10M/100M的LAN83C185网络接口、RS232串口和IDT70V28双口RAM的DSP主控制电路；以FPGA为主体的同步控制电路；以AD9957为主体的波形产生电路，AD9957是一种数字正交上变频芯片，工作频率可以达到1GPS。
其中，ADSP-BF537通过数据端口PH0-PH15与LAN83C185网络接口相连，从PC机获取系统的参数配置数据，包括波形数据、触发脉冲参数、SPI寄存器配置参数等从而实现工作状态的实时控制；通过RS232串口与外部的GPS仪器相连，获取GPS信息并将获取的GPS秒脉冲信息和经纬度信息送入FPGA内部的同步控制模块和触发脉冲产生模块，为系统与雷达基站的同步提供条件。另外，ADSP-BF537芯片的数据总线D0-D15、地址总线A1-A19、片选端口AMS0还分别和高速双口RAM的数据总线D0-D15、地址总线A0-A18、片选端口CS相连，构成LXI总线接口电路。高速双口RAM是系统预备的LXI总线接口，为了同另外的LXI总线接口板进行通信，构成完整的雷达系统。
以FPGA为主体的同步控制电路是系统中非常重要的一部分，触发脉冲就是由同步信号控制并加入一定延时产生的。所述FPGA芯片内包含有同步控制模块、触发脉冲产生模块和AD9957控制模块，其芯片IO脚IO19-IO34、脚IO0-IO18分别与ADSP-BF537的数据总线D0-D15和地址总线A1-A19相连，芯片IO脚IO35、脚IO39分别与ADSP-BF537的片选端口SPI_SSEL1、片选端口SPI_SS相连。同步控制电路在FPGA中通过硬件描述性语言，如Verilog实现，操作非常方便而且不受数量限制，我们可以很方便的产生多路同步信号，从而可以使多个系统协同工作。同步控制电路的主要功能是：根据DSP获得的GPS秒脉冲信息产生同步控制信号，从而实现与雷达基站的同步，同时通过软件的方法进行一定的延时产生触发信号用以模拟目标的距离。
波形产生电路包括数字正交上变频芯片AD9957和IS61LV51216静态RAM，其AD9957芯片的并行数据口DucD0-DucD15分别与静态RAM的数据口SramD0-SramD15和FPGA芯片IO脚IO59-IO74相连；AD9957串行数据口，包括时钟信号端口DucSCLK、数据端口DucSDO、数据端口DucSDIO通过FPGA与芯片ADSP-BF537的时钟信号端口SPI_SCLK、数据端口SPI_MOSI、数据端口SPI_MISO连接，用于对AD9957寄存器组进行参数配置，我们可以通过改变相应寄存器的参数改变发射波形的初始相位，从而能够模拟运动目标的多普勒频移；AD9957的采样时钟信号端口PDCLK与FPGA芯片IO脚IO79相连；AD9957的使能信号端口TxEn与FPGA芯片IO脚IO78相连。静态RAM的数据口SramD0-SramD15和地址口SramA0-SramA18分别与FPGA芯片IO脚IO59-IO74、脚IO40-IO58相连。波形输出所需要的数据由MATLAB仿真产生并通过网络接口存入静态RAM中，系统开始工作后，波形数据通过并口进入AD9957进行上变频操作，数据最后输出到模拟板进行放大、发射。
如图3是FPGA芯片中的AD9957控制模块工作示意图，该控制模块在采样时钟和触发脉冲的作用下产生使能信号TxEnable，用来控制静态RAM中的数据进入AD9957。其中PDCLK为采样时钟信号，它由AD9957芯片产生，其信号频率大小由系统时钟和内插值决定，TRI_CLK是触发脉冲信号，由触发脉冲产生模块产生，用来触发控制模块工作生成使能信号TxEnable。START_ADDR和END_ADDR是读取静态RAM中数据的开始地址和结束地址，我们可以通过修改这两个参数改变发射脉冲的宽度。SRAM_ADDR是与静态RAM的地址口连接的接口。
如图4是FPGA芯片中的触发脉冲产生模块工作示意图。主要由数据缓冲模块和触发时钟产生模块组成。系统开始工作后，首先由PC机下载相关参数到数据缓冲模块，参数下载结束后Download_over信号置低，在这个信号的控制下F_POINT、M_POINT和E_POINT，分别表示置1点、置0点、再置1点，送入触发时钟产生模块用来生成触发脉冲。在触发时钟产生模块中根据GPS秒脉冲和相应的配置参数产生触发脉冲。在实际工作中我们可以增加多路输出从而使更多的系统能够协同工作。另外触发脉冲的延时时间可以通过软件的方法来控制，因此可以更加灵活的模拟运动目标的距离。
如图5为本实用新型同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置的软件程序流程图。整个程序流程大致分为以下四个部分：
(1)PC机将波形数据、触发脉冲参数、SPI寄存器配置参数通过网络接口下载到DSP芯片中；
(2)DSP根据数据类型分别将下载的数据存入不同的存储器中，波形数据放入静态RAM，SPI寄存器配置参数放入DSP内部的cache中，触发脉冲参数放入FPGA内部RAM中，存储结束，产生结束标志；
(3)DSP根据SPI寄存器配置参数通过SPI口对AD9957芯片进行配置，并给出相应的指示信号；DSP通过RS232串口读取GPS同步信息并送入同步控制电路，同步控制电路根据FPGA内部RAM中的参数和获得的同步信息，经过一定延时后控制触发脉冲产生模块产生相应的触发脉冲信号；
(4)在收到SPI配置结束的信息后，触发脉冲产生模块产生的触发脉冲信号触发FPGA中的AD9957控制模块工作，由其控制静态RAM中的波形数据进入AD9957芯片并输出波形。
在上述程序流程中，所述的波形数据为MATLAB根据信号时宽，信号带宽和采样率等参数仿真产生的一个线性调频信号；所述的触发脉冲参数包括触发脉冲周期和占空比；所述的SPI寄存器配置参数为AD9957芯片寄存器的配置参数，包括波形相位参数、频率参数、幅度参数等；所述的GPS同步信息包括GPS秒脉冲信息和经纬度信息。
Claims (5)
1.一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置，其特征是：所述装置包括以DSP芯片为主体的用于实现工作状态实时控制的主控制电路、以FPGA芯片为主体的用于产生同步控制信号的同步控制电路以及以数字正交上变频芯片为主体的用于产生调制信号并输出的波形产生电路；所述的主控制电路与同步控制电路相连，同步控制电路的输出端与波形产生电路相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述主控制电路包括DSP芯片、网络接口和RS232串口，其DSP芯片分别与网络接口和RS232串口相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述主控制电路还包括一高速双口RAM，高速双口RAM与DSP芯片的数据总线和地址总线相连。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述同步控制电路包括FPGA芯片，FPGA芯片内有同步控制模块、触发脉冲产生模块和数字正交上变频芯片控制模块，其FPGA芯片IO脚上连接有DSP芯片的数据总线和地址总线，以及数字正交上变频芯片的数据口。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述波形产生电路包括数字正交上变频芯片和静态RAM，其数字正交上变频芯片的并行数据口分别与静态RAM的数据口和FPGA芯片IO脚相连，串行数据口通过FPGA与DSP芯片的SPI口相连，静态RAM的数据口和地址口与FPGA芯片IO脚相连。
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| CN103713278A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-09 | 武汉大学 | 一种天地波一体化组网的高频地波雷达同步系统及方法 |
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