CN201788279U - 一种内河船舶的数字雷达导航避碰装置 - Google Patents
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Abstract
一种内河船舶的数字雷达导航避碰装置是基于嵌入式处理器以及数字信号处理器的双处理器雷达装置，由集成雷达发射和接收模块的雷达上单元、雷达信号采集与处理模块、雷达信号控制及显示模块(4)和RS422总线组成。雷达上单元通过雷达发射接收机的信号输出端口与雷达信号采集与处理模块相连，通过雷达发射接收机的信号控制口与雷达信号控制及显示模块相连。雷达信号采集与处理模块通过AD转换模块和FPGA逻辑控制器与雷达上单元相连，并且通过HPI接口与雷达信号控制及显示模块相连。雷达上单元和雷达信号控制及显示模块通过RS-422总线相连。具有功能全、成本低、稳定性高、精度高、易操作等优点，适用于内河船舶的导航避碰。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种雷达导航避碰装置。特别是涉及一种基于DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理技术)的内河船舶数字雷达导航避碰装置。
背景技术
船舶在内河中航行时，由于航行环境不断在变，驾驶员无法用精确定位的方法导航，只能凭借对浮标、岸标、岸形和岸上建筑物等的视觉粗略地推断周边信息。所以，内河船舶经常面临因丢失船位造成的触礁、搁浅等危险。在这种情况下，雷达凭借其探测距离远、测量精度高等优点，成为内河船舶必要的导航避碰辅助设备。
但目前内河船舶上配置的雷达一般是较为简单的模拟雷达，集成度不高，仅有测距和测方位的能力，普遍不具导航避碰的功能。另外由于雷达产品价格昂贵并且操作复杂，部分内河船舶没有安装雷达设备。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种功能全、成本低、稳定性高、精度高、易操作的内河船舶的数字雷达导航避碰装置
本实用新型实现上述目的的技术方案是：本实用新型是一个基于嵌入式处理器以及数字信号处理器的双处理器雷达装置，由集成雷达发射和接收模块的雷达上单元，雷达信号采集与处理模块、雷达信号控制及显示模块和RS422总线组成。雷达上单元通过雷达发射接收机的信号输出端口与雷达信号采集与处理模块相连，通过雷达发射接收机的信号控制口与雷达信号控制及显示模块相连，为雷达信号采集与处理模块提供雷达原始信息和接受控制信号，雷达信号采集与处理模块通过AD转换模块和FPGA逻辑控制器与雷达上单元相连，采集雷达的原始信号，并且通过HPI接口与雷达信号控制及显示模块相连，实现视频信号传输，雷达上单元和雷达信号控制及显示模块通过RS-422总线相连，控制信号传输。
雷达上单元，包括雷达天线和雷达发射接收机，雷达发射接收机与雷达天线相连，并通过RS422总线与ARM9处理器相连。雷达天线实现雷达无线电脉冲的发射，并接收雷达回波；雷达发射接收机提供雷达的基本原始信息，包括TI(雷达回波)、VD(视频信号)、ARP(零位信号)、ACP(角度信号)。
雷达信号采集与处理模块，包括AD转换模块、FPGA逻辑控制器、DSP处理器、SDRAM。AD转换模块分别与雷达发射接收机和FPGA逻辑控制器相连；DSP处理器7分别与FPGA逻辑控制器6和SDRAM10相连，并通过HPI接口11与ARM9处理器8相连。AD转换模块5，用于对雷达视频信号进行模数转换；FPGA逻辑控制器6，用于对处理之后的视频信号做FIFO缓存；DSP处理器7，用于雷达杂波抑制算法和目标识别其根据FPGA控制器分频处理之后的雷达回波TI同步信号对雷达脉冲进行采样，对每个方向上的雷达脉冲进行数字信号处理。
雷达信号控制及显示模块4，包括ARM9处理器8、HPI接口11、LCD 14。ARM9处理器8通过RS422总线9与雷达发射接收机13相连，通过HPI接口11与DSP处理器7相连，并与LCD 14相连。ARM9处理器8，用于控制雷达发射和接受的工作模式，并驱动LCD14显示；ARM9处理器8通过RS-422总线9设置与监控雷达上单元2的参数，包括：调谐、转速控制、脉冲宽度、增益大小等参数，从而控制雷达发射和接受的工作模式。
本实用新型具有以下特点：
(1)成本较RADAR/ARPA(Automatic Radar Plotting Aid，自动雷达标绘仪)系列产品低；
(2)精度大大高于传统模拟雷达，并能利用相邻回波中信号的相关性，识别小目标的微弱信号；
(3))距离、方位信号实现数字化录入和显示。方便操作人员的操作和读取，降低操作失误率；
(4)实现对雷达的自适应控制。利用嵌入式控制器调整发射脉冲宽度，增益大小等参数，实现雷达的工作状态的自动控制。
(5)多目标进行跟踪，大大增加避碰能力。
(6)可扩展其它辅助功能，如打印，航海地图导航等功能。
总之，是一种功能全、成本低、稳定性高、精度高、易操作的内河船舶的数字雷达导航避碰装置
附图说明
图1为本实用新型原理框图。
图2为本实用新型工作流程图。
图3为本实用新型DSP处理器和ARM9控制处理器的HPI接口连接图。
图4为本实用新型AD转换模块的原理图。
图中：2.雷达上单元，3.雷达信号采集与处理模块，4.雷达信号控制及显示模块，5.AD转换模块，6.FPGA逻辑控制器，7.DSP处理器，8.ARM9控制处理器，9.RS-422总线，10.SDRAM，11.HPI接口，12.天线，13.雷达发射接收机
具体实施方式
如图1所示，由集成雷达发射和接收的雷达上单元2，雷达信号采集与处理模块3、雷达信号控制及显示模块4和RS422总线9组成。雷达上单元2通过雷达发射接收机13的信号输出端口与雷达信号采集与处理模块3相连，通过雷达发射接收机13的信号控制口与雷达信号控制及显示模块4相连。雷达信号采集与处理模块3通过AD转换模块5和FPGA逻辑控制器6与雷达上单元2相连，并通过HPI接口与雷达信号控制及显示模块4相连。雷达上单元2和雷达信号控制及显示模块4通过RS-422总线9相连。
雷达上单元2，包括雷达天线12和雷达发射接收机13，雷达发射接收机13与雷达天线12相连，并通过RS422总线9与ARM9处理器8相连。
雷达信号采集与处理模块3，包括AD转换模块5、FPGA逻辑控制器6、DSP处理器7、SDRAM10。AD转换模块5分别与雷达发射接收机13和FPGA逻辑控制器6相连；DSP处理器7分别与FPGA逻辑控制器6和SDRAM10相连，并通过HPI接口11与ARM9处理器8相连。AD转换模块5采用带宽为150MSPS的AD976，FPGA逻辑控制器6采用XILINX公司的SPARTAN-3系列XC3S400芯片(40万门)，DSP处理器7采用TI公司的TMS320DM642。
雷达信号控制及显示模块4，包括ARM9处理器8、HPI接口11、LCD 14。ARM9处理器8通过RS422总线9与雷达发射接收机13相连，通过HPI接口11与DSP处理器7相连，并与LCD 14相连。ARM9处理器8采用三星公司ARM9系列的S3C2410
如图2所示，本实用新型工作过程为：
1、系统上电，DSP加载HPI-BOOT代码，初始化HPI接口。对FPGA初始化，包括：FIFO清空、写允许、初始化时钟并允许采集。开启DSP中断和定时器；
2、DSP唤醒ARM9，ARM9重新载入预设参数，并发送算法参数到DSP，发送完成后置HPI中断，DSP根据该参数值预设杂波抑制等参数，同时ARM9通过RS422总线发送雷达上单元控制信号；
3、DSP进入主处理任务循环中，同时进行系统的中断处理和主任务处理；
4、DSP主任务中，通过FPGA传送的视频和目标信息进行算法处理，包括：自动杂波抑制，目标识别与跟踪，避碰预测，警戒圈报警；
5、DSP的发送任务中，通过HPI接口传输数据至ARM9，ARM9通过图形界面显示；
6、第3步到第6步循环。
Claims (4)
1.一种内河船舶的数字雷达导航避碰装置，其特征在于：是基于嵌入式处理器以及数字信号处理器的双处理器雷达装置，由集成雷达发射和接收模块的雷达上单元(2)，雷达信号采集与处理模块(3)、雷达信号控制及显示模块(4)和RS422总线(9)组成；雷达上单元(2)通过雷达发射接收机(13)的信号输出端口与雷达信号采集与处理模块(3)相连，通过雷达发射接收机(13)的信号控制口与雷达信号控制及显示模块(4)相连；雷达信号采集与处理模块(3)通过AD转换模块(5)和FPGA逻辑控制器(6)与雷达上单元(2)相连，并且通过HPI接口(11)与雷达信号控制及显示模块(4)相连；雷达上单元(2)和雷达信号控制及显示模块(4)通过RS-422总线(9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种内河船舶的数字雷达导航避碰装置，其特征在于：所述的雷达上单元(2)，包括雷达天线(12)和雷达发射接收机(13)，雷达发射接收机(13)与雷达天线(12)相连，并通过RS422总线(9)与ARM9处理器(8)相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种内河船舶的数字雷达导航避碰装置，其特征在于：所述的雷达信号采集与处理模块(3)，包括AD转换模块(5)、FPGA逻辑控制器(6)、DSP处理器(7)、SDRAM(10)；AD转换模块(5)分别与雷达发射接收机(13)和FPGA逻辑控制器(6)相连，DSP处理器(7)分别与FPGA逻辑控制器(6)和SDRAM(10)相连，并通过HPI接口(11)与ARM9处理器(8)相连。
4.根据权利要求3所述的一种内河船舶的数字雷达导航避碰装置，其特征在于：所述的雷达信号控制及显示模块(4)，包括ARM9处理器(8)、HPI接口(11)、LCD(14)；ARM9处理器(8)通过RS422总线(9)与雷达发射接收机(13)相连，通过HPI接口(11)与DSP处理器(7)相连，并与LCD(14)相连。
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