CN202676907U

CN202676907U - 一种多通道天气雷达数据采集装置

Info

Publication number: CN202676907U
Application number: CN2012203800927U
Authority: CN
Inventors: 郭强
Original assignee: CHENGDU YUANWANG TECHNOLOGY Co Ltd; Chengdu Information Technology Co Ltd of CAS
Current assignee: CHENGDU YUANWANG TECHNOLOGY Co Ltd; Chengdu University of Information Technology; Chengdu Information Technology Co Ltd of CAS
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-08-02

Abstract

本实用新型公开了一种多通道天气雷达数据采集装置，包括数字中频处理器、光纤发送装置、光纤接收装置、现场可编程门阵列、PCI接口和终端计算机，数字中频处理器的信号输出端与光纤发送装置的信号输入端连接，光纤发送装置的信号输出端通过光纤与光纤接收装置的信号输入端连接，光纤接收装置的信号输出端与现场可编程门阵列的信号输入端连接，现场可编程门阵列的信号输出端通过PCI总线与PCI接口的输入端连接，PCI接口的输出端与终端计算机连接。本实用新型采用大容量的现场可编程门阵列处理数据，并采用光纤传输数据，能保证数据传输正确性和稳定性，并增大数据传输距离，扩展应用领域，能够适应多种雷达数据的处理。

Description

一种多通道天气雷达数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种天气雷达数据采集装置，尤其涉及一种高稳定性、高准确性的多通道天气雷达数据采集装置。

背景技术

在天气雷达系统中，回波数据信息的传输通常通过PCI卡与计算机进行数据交互，不同的雷达系统需要采用不同的PCI卡，设备间的连接也随之不同。

PCI作为一种高速的数据采集接口，常被用于信号的采集及实时监控等高速数据传输系统中，其最高传输速度达到132MB/s。多通道雷达回波数据的传输在数据交互中显得尤为重要，通道间数据的传输切换必须可靠稳定的完成，这样才能保证数据的完整正确性。

但是，传统天气雷达数据采集装置中，高速数据传输介质是双绞线，回波信号通过数字中频采样及处理后得到的回波数据通过双绞线传输至PCI卡，再传输至计算机上的数据处理卡，进行数据缓存，传输过程中对数据的稳定性及正确性很难保证。总的来说，传统天气雷达数据采集装置存在以下缺点：采用双绞线传输数据易受外部电磁干扰，并且线数太多传输速度及距离受限制；采用RAM芯片控制繁琐，不能适应各种雷达系统。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高稳定性、高准确性的多通道天气雷达数据采集装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型所述多通道天气雷达数据采集装置包括数字中频处理器、PCI接口和终端计算机，所述数字中频处理器包括多个通道的信号输入端，所述数字中频处理器的信号输入端分别输入天气雷达回波中频信号，所述PCI接口的输出端与所述终端计算机连接；所述多通道天气雷达数据采集装置还包括光纤发送装置、光纤接收装置和现场可编程门阵列，所述数字中频处理器的信号输出端与所述光纤发送装置的信号输入端连接，所述光纤发送装置的信号输出端通过光纤与所述光纤接收装置的信号输入端连接，所述光纤接收装置的信号输出端与所述现场可编程门阵列的信号输入端连接，所述现场可编程门阵列的信号输出端通过PCI总线与所述PCI接口的输入端连接。

多个通道的天气雷达回波中频信号接入数字中频处理器，进行高速高精度采样后转换为数字量，在现场可编程门阵列内完成数字混频、滤波、抽取等数字下变频处理后得到基带IQ数据，数字中频处理器将各通道IQ数据按照一定数据格式在系统同步作用下进行打包处理，生成雷达IQ数据流经光纤发送至光纤接收装置进行光纤数据接收，并根据格式要求进行数据解码和通道归类缓存，在系统同步作用下产生PCI中断，通知终端计算机接收数据；终端计算机在收到中断请求后按需求设置通道号，并发起DMA传输，从而获取相应通道的IQ数据，实现数据交互。

作为优选，所述光纤发送装置设置于所述数字中频处理器内。

具体地，所述现场可编程门阵列为ALTERA公司的Cyclone III系列EP3C55F484芯片；所述PCI接口为PCI9054芯片；所述数字中频处理器的信号输入端为五个。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用大容量的现场可编程门阵列处理数据，并采用光纤传输数据，能保证数据传输正确性和稳定性，并增大数据传输距离，扩展应用领域，能够适应多种雷达数据的处理。

附图说明

图1是本实用新型所述多通道天气雷达数据采集装置的电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述多通道天气雷达数据采集装置包括数字中频处理器、光纤发送装置、光纤接收装置、现场可编程门阵列、PCI接口和终端计算机PC，数字中频处理器包括五个通道ADC（也可为其它数量）的信号输入端，数字中频处理器的信号输入端分别输入天气雷达回波中频信号，光纤发送装置设置于数字中频处理器内，数字中频处理器的信号输出端与光纤发送装置的信号输入端连接，光纤发送装置的信号输出端通过光纤与光纤接收装置的信号输入端连接，光纤接收装置的信号输出端与现场可编程门阵列FPGA的信号输入端连接，现场可编程门阵列FPGA的信号输出端通过PCI总线与PCI接口的输入端连接，PCI接口的输出端与终端计算机PC连接。

结合图1，本实用新型所述多通道天气雷达数据采集装置各部件的具体工作原理及过程如下：

1、光纤发送装置和光纤接收装置：

由于数字中频处理器装配在天线仓中，而装有数据采集装置的电脑位于控制机房中，数据传输距离往往较远，因此采用光纤作为传输介质。

天气雷达接收机通常为窄带接收机，基带IQ带宽一般不超过5MHz，本实用新型中的数字中频处理器支持最大5通道数据同时接收，数据位宽16bits，最大传输速率800Mbps。故选用多模光纤作为传输介质，波长1310nm，光电转换模块选用HFBR-5912E，最大传输速率1.25Gbps，3.3V供电，MTRJ接口形式，数字输出为LVPECL电平标准。

为了将光纤输出的串行编码数据转换为并行数据，还需在光纤接收装置中采用高速解串器。HDMP-1034是一款支持LVPECL电平的高速串并转换芯片，最大转换速率为1.25Gbps，支持异步接收方式，只需本地提供一个参考时钟即可从接收的数据中恢复出数据同步时钟，输出数据位宽为16位。

上述光纤发送装置和光纤接收装置均为现有成熟市场产品，可直接购买得到。

2、现场可编程门阵列FPGA：

板载的FPGA选用ALTERA公司的Cyclone III系列EP3C55F484芯片，其片内RAM容量达2340Kbits，逻辑单元数达55856个，非常适合于进行大容量数据缓存的应用场合。

FPGA作为本装置的控制核心和数据存储核心，主要完成以下功能：

（1）光纤通信数据解析：

数字中频输出的IQ数据经光纤输出至光纤接收装置，经过高速串并转换后，得到并行16位数据流接入FPGA，后者需对该数据流进行解析，首先识别数据头，然后获取各通道IQ数据，最后再校验IQ数据计数器的值是否连续，只有在数据头和IQ数据计数器校验正确的情况下，此次数据包才会被正确接收和缓存，存储的数据中不包含传输数据包头。数据格式见表1。

表1光纤通信数据格式

	高16位	低16位
			数据包头	0xDBE7	0xBE7D
通道1	I_data	Q_data
			通道2	I_data	Q_data
通道3	I_data	Q_data
			通道4	I_data	Q_data
通道5	I_data	Q_data
			IQ计数器	Cnt_high	Cnt_low

（2）数据存储：

在正确接收并解析出各通道IQ数据后，需对每个通道的数据流分别进行缓存，此处采用FPGA内部RAM作为存储介质，各个通道存储深度为16K×16bits，乒乓操作模式，保证对同一存储地址不同时读写，RAM写时钟与光纤恢复时钟同步，读时钟为PCI时钟，读使能受PCI总线控制。

（3）数据打包：

雷达数据帧以系统同步信号为触发，当检测到该信号上升沿时向PCI发起数据传输中断，由计算机发起DMA数据传输，传输的数据须进行格式转换和打包处理，加入系统状态信息和雷达工作参数信息，如重复周期（PRT），数据长度（RB_CNT），中断计数（INT_CNT），雷达工作模式（MODE）等，以便终端对读取的数据进行校验和处理。

3、PCI接口：

数据通信以PCI为总线，采用PCI接口内部的PCI桥芯片作为物理连接，PCI桥芯片采用PCI9054，FPGA须对该芯片进行配置，根据其输出的局部总线信号来控制状态机跳转，从而生成PCI控制时序信号。终端计算机PC读取各通道数据采用DMA方式，首先配置DMA初始地址，再设置DMA传输量，最后允许DMA中断，发起传输。每次突发传输12个字，以保证传输效率，待一帧数据传输完成后由PCI接口产生DMA完成中断，以结束本次传输。

PCI桥芯片采用PCI9054，该芯片具有以下功能：

（1）提供了两个独立的可编程DMA控制器，每个通道均支持块和Scatter/Gather的DMA方式，DMA通道0支持请求DMA方式；

（2）PCI和Local Bus数据传送速率高达132MB/S；

（3）本地总线速率高达50MHz；支持复用/非复用的32bit地址/数据；本地总线有三种模式：M模式、C模式和J模式，本装置采用C模式；

（3）具有可选的串行EEPROM接口，可直接由EEPROM进行设备ID、空间映射等设置。

Claims

1.一种多通道天气雷达数据采集装置，包括数字中频处理器、PCI接口和终端计算机，所述数字中频处理器包括多个通道的信号输入端，所述数字中频处理器的信号输入端分别输入天气雷达回波中频信号，所述PCI接口的输出端与所述终端计算机连接；其特征在于：所述多通道天气雷达数据采集装置还包括光纤发送装置、光纤接收装置和现场可编程门阵列，所述数字中频处理器的信号输出端与所述光纤发送装置的信号输入端连接，所述光纤发送装置的信号输出端通过光纤与所述光纤接收装置的信号输入端连接，所述光纤接收装置的信号输出端与所述现场可编程门阵列的信号输入端连接，所述现场可编程门阵列的信号输出端通过PCI总线与所述PCI接口的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的多通道天气雷达数据采集装置，其特征在于：所述光纤发送装置设置于所述数字中频处理器内。

3.根据权利要求1所述的多通道天气雷达数据采集装置，其特征在于：所述现场可编程门阵列为ALTERA公司的Cyclone III系列EP3C55F484芯片。

4.根据权利要求1所述的多通道天气雷达数据采集装置，其特征在于：所述PCI接口为PCI 9054芯片。

5.根据权利要求1所述的多通道天气雷达数据采集装置，其特征在于：所述数字中频处理器的信号输入端为五个。