CN213069803U - 一种雷达信号数据采集设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种雷达信号数据采集设备，属专用信号装置技术领域。光纤数据采集卡包括FPGA主控制器、PROM存储器、四组SFP光模块、电源稳压模块、晶振、指拨开关和金手指连接器；四个SFP光模块通过SFP光信号输入通道接口与光纤连接；SFP光模块将光信号转换成串行电信号送入FPGA主控制器；光纤数据采集卡的高速信号线有四对，每对4.25G，按照10G高速差分信号设计，同时兼容2.5G到10G数据传输；计算机包括PCI‑E接口、DDR‑RAM、固态硬盘和显示终端；FPGA主控制器实施数据的接收采集、数据的缓存，数据帧的打包与发送。采集数据误码率低，传输速率高，配置和接线简单。

Description

一种雷达信号数据采集设备

技术领域

本实用新型涉及一种雷达信号数据采集设备，属专用信号装置技术领域。

背景技术

如今，随着科技水平的不断提高，对雷达的各类试验大量增加，这就需要实时、正确记录雷达接收机产生的大量试验数据以备后续分析数据和重演应用；以往的雷达信号数据采集设备因器件选择和电路结构因素，使得试验数据传输速率不高，且在传输过程中数据误码率较高，难以适应现代雷达对数据采集的高标准要求；因此，非常有必要研制一种使用光纤接口输入数据，接线简单可靠，提高数据传输速率的雷达信号数据采集设备。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种利用光纤接口输入数据，接线简单可靠，有效降低传输过程中的数据误码率，提高数据传输速率的雷达信号数据采集设备。以解决现有技术因器件选择和电路结构因素，使得试验数据传输速率不高，且在传输过程中数据误码率较高，难以适应现代雷达对数据采集的高标准要求的问题。

本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种雷达信号数据采集设备，它主要由SFP光信号输入通道接口、光纤、光纤数据采集卡、计算机、板卡驱动构成，（如图1所示）：光纤数据采集卡包括FPGA主控制器、PROM存储器、四组SFP光模块、电源稳压模块、晶振、指拨开关和PCIE_SLOT_X8金手指连接器；所述四个SFP光模块通过SFP光信号输入通道接口与光纤连接；SFP光模块将光信号转换成串行电信号送入FPGA主控制器；光纤数据采集卡的高速信号线有四对，每对4.25G，10G高速差分信号，同时兼容2.5G到10G数据传输；所述计算机包括PCI-E接口、DDR-RAM接口、固态硬盘和显示终端；通过固态硬盘同时执行读取到内存和存储硬盘；计算机安装有板卡驱动和应用软件。

所述的FPGA主控制器实施数据的接收采集、数据的缓存，数据帧的打包与发送。

所述的电源稳压模块选用高效率开关电源模块，包括12V转2.5V子模块、12V转1.5V子模块和12V转0.9V子模块、3.3V转3.0V子模块、3.0V转1.0V子模块。用于为FPGA主控制器、晶振、SFP光模块提供电源。

所述的晶振为低噪声有源高稳定晶振，主要为FPGA主控制器提供时钟。

所述的PROM存储器是FPGA主控制器的程序存储器，光纤数据采集卡上电时，FPGA主控制器自动从PROM存储器加载程序运行。

所述的指拨开关用作外部对FPGA主控制器程序中时序选择信号，亦用作光纤数据采集卡自测试程序和实验采集程序选择信号。

所述PCIE_SLOT_X8金手指连接器为PCIE板卡标准接口，包括12V、3.3V电源，16组高速差分数据线，8组输入，8组输出标准定义。所述的计算机具备8G内存，PCIE2.0以上接口、CPU主频i7以上。所述板卡驱动为光纤数据采集卡插入计算机提供硬件设备驱动程序，驱动采用Jungo公司开发的WinDriver10.20向导生成，所述计算机应用软件的工程框架由Windriver 10.20向导生成，使用Windriver提供的API函数，后续开发采用Visual Studio2010设计，主要实现的功能是对PCIE设备的关闭与打开，存储文件位置的选取以及DMA传输中对PCIE卡的控制功能。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

该雷达信号数据采集设备，携带方便，传输速率高，数据误码率低，数据采集操作简单，设置固态硬盘替代计算机普通机械硬盘，不仅数据存储速率更快，而且降低对计算机内存的要求，使用普通带有PCIE卡槽的PC机即可采集，无需配置带大服务器的计算机，配置和接线简单可靠，有效降低传输过程中的数据误码率，提高数据传输速率。解决了现有技术因器件选择和电路结构因素，使得试验数据传输速率不高，且在传输过程中数据误码率较高，难以适应现代雷达对数据采集高标准要求的问题。

附图说明

图1为本实用新型的整体硬件结构示意图；

图2为本实用新型的工作信号流程图；

图3为本实用新型的虚拟模块的工作示意图；

图4为本实用新型的计算机的软件工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对该雷达信号数据采集设备的实施方式作进一步详细说明：参见图（1～4）：

该雷达信号数据采集设备，主要由SFP光信号输入通道接口、光纤、光纤数据采集卡、电信号输出接口、计算机、板卡驱动组成。计算机包括PCI-E接口、DDR-RAM、固态硬盘、显示终端。

光纤数据采集卡包括FPGA主控制器、PROM存储器、四组SFP光模块、电源稳压模块、晶振、指拨开关、PCIE_SLOT_X8金手指连接器。所述四个SFP光模块通过SFP光信号输入通道接口与光纤连接；SFP光模块将光信号转换成串行电信号送入FPGA主控制器；光纤数据采集卡的高速信号线有四对，每对4.25G，10G高速差分信号，同时兼容2.5G到10G数据传输；所述计算机包括PCI-E接口、DDR-RAM接口、固态硬盘和显示终端；通过固态硬盘同时执行读取到内存和存储硬盘；计算机安装有板卡驱动和应用软件。

所述的FPGA主控制器采用Altera StratixⅤ的产品，型号为5SGXEA7K2F40C2N的芯片，芯片内置50Mbit RAM，用于采集数据的缓存。FPGA主控制器上部安装有风扇，提供主动散热功能；PROM存储器采用Altera官方PROM存储器EPCQ256SI16N。

所述的四组SFP光模块采用光收发光模块TLC310M04G，为双纤双向的LC插拔形光模块，最大支持传输速率达4.25Gbps，中心波长1310nm，具备适应高速信号完整性的表面贴装引脚。

所述的SFP光信号输入通道接口有4条，光信号单通道数据速率为2.5Gbps。光纤通过4条SFP光信号输入通道接口连接四个SFP光模块，将外部数据输入该雷达信号数据采集设备。光纤数据采集卡的高速信号线有四对，每对4.25G，按照10G高速差分信号设计，同时兼容2.5G到10G数据传输。

所述的电源稳压模块包括12V转2.5V子模块：LMZ12010、12V转1.5V子模块：LMZ12010、12V转0.9V子模块：PMN8118UWP、3.3V转3.0V子模块：LP3855ES-ADJ、3.0V转1.0V子模块：MIC49500WR。所述电源稳压模块选用高效率开关电源模块，用于为FPGA主控制器、晶振、SFP光模块提供电源。

所述的晶振采用2组125M差分晶振及1组50M单端晶振。

所述的计算机的采集数据存储介质为三星固态硬盘850PRO(1TB)，该硬盘连续最大读写速度达到520MB/s。主要通过固态硬盘存储采集的数据。由于固态硬盘读写速度快，计算机应用软件采用多线程设计，数据读取到内存和存储硬盘同时执行，由此有效克服普通台式计算机内存小的弊病。

所述光纤数据采集卡通过电信号输出接口与计算机连接，采用PCIE金手指连接器，PCI-E接口的标准为2.0，PCI-E接口的电信号输出通道有8条。即PCI-E接口的电信号输出通道数为：PCI-E×8。

所述的板卡驱动由Windriver向导生成，计算机应用软件由Visual Studio 2010设计完成。

光纤数据采集卡的软件功能简述如下：

SerialLite模块功能:光电转换后的高速差分信号使用与Altera Quartus 14.1对接的SerialLite软核恢复数据, 对SerialLite底层串行数据流进行并行转化，得到多位并行数据，且时钟速率得到降低，并将底层并行数据流进行SerialLite帧解析，并进行校验后，输出应用数据，该软核设置为：16位数据，8位地址，16位CRC校验，100ppm稳定度；

FIFO高速缓存功能：

4个SerialLite模块输出16位应用数据，输入4个FIFO高速缓存，主要用于将4个光纤输入数据作对齐，FIFO数据输入时钟采用各个SerialLite模块输出参考时钟，FIFO数据输出使用相同时钟读出FIFO数据。FIFO设置输入数据宽度16位，输出数据宽度16位，深度128words。

数据缓存模块功能：

4路16位应用数据在数据缓存模块内进行缓存和汇合，将4路应用数据拼接成为统一的应用数据流。FIFO设置输入数据宽度64位，输出数据宽度256位，深度512words。

PCI Express模块功能：

PCI Express模块实现PCI Express协议，提供本地数据接口，并提供DMA数据传输功能。PCI Express模块选用片上处理器,QSYS系统添加on-chip memory(RAM or ROM),type选择RAM(writable),数据宽度256，选择双端口通道；添加V-series Avalon-MM DMAfor PCI Express,选择通道数为×8，通道速率Gen(5.0Gbps), 应用数据宽度256位,设置参考时钟100MHZ。

该雷达信号数据采集设备的工作过程如下：

数据采集设备的PCIE采集卡通过板上的4对SFP光模块经4根单模光纤接收外部数据源的数据，PCIE采集卡接收的光信号经光模块将光数据信号转换为高速的电数据信号后，通过PCIE采集卡主控FPGA芯片的专用高速串行IO引脚下发到FPGA中。

在PCIE采集卡FPGA主控制器中，高速串行信号先通过专用高速串行IP核“SerialLite模块”实现数据串/并转换及SerialLite帧解析及校验，每一路高速串行信号解码输出16位并行应用数据，同时4路经“SerialLite模块”转换后的16位并行数据下发到下一级的FIFO高速缓存模块中。

4路经“SerialLite模块”转换的16位并行数据通过输入以FIFO为主的高速缓存模块，用作4路光纤数据对齐和速率转换。

将对齐后的4路数据四合一输入数据缓存模块,64位数据输入，256位数据输出，用于数据缓存；数据缓存模块数据输入QSYS系统与PCIE双端口RAM。

计算机终端的控制界面程序，通过调用底层的PCIE驱动程序与PCIE采集卡建立硬件握手、数据收发的连接关系，计算机应用程序单独开通一个线程，通过设置共用内存存储片，采用DMA数据传输的方式，将PCIE驱动读取的PCIE采集卡采集的数据传输到设置的共用内存存储片中，同时开通另一个线程，将共用内存中的数据写入到指定的固态硬盘中，通过以上过程数据采集设备完成将采集的数据不断存储到硬盘中。待人为通过计算机终端的控制界面程序主动退出采集任务或满足控制界面运行要求后,即满足固定采集空间大小或满足固定采集时间，计算机应用软件程序将主动停止采数任务，并同时释放相关内存和注销两个的采数线程。待下次采集任务需求时重新开始步骤五的软件流程任务。

本实用新型雷达信号数据采集设备，易携带，用固态硬盘替代电脑普通机械硬盘，数据存储速率更快，同时降低对计算机内存的要求，传输速率高，数据误码率低，使用普通带有PCIE卡槽的PC计算机即可完成操作，不需要设置带服务器的大设备计算机，数据采集操作简单，接线简单可靠。解决了现有技术因器件选择和电路结构因素，使得试验数据传输速率不高，且在传输过程中数据误码率较高，难以适应现代雷达对数据采集的高标准要求的问题。

以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，上述举例说明不对本实用新型的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本实用新型的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本实用新型技术方案的范围内，而不背离本实用新型的实质和范围。

Claims (8)

1.一种雷达信号数据采集设备，它主要由SFP光信号输入通道接口、光纤、光纤数据采集卡、计算机、板卡驱动构成，其特征在于：光纤数据采集卡包括FPGA主控制器、PROM存储器、四组SFP光模块、电源稳压模块、晶振、指拨开关和PCIE_SLOT_X8金手指连接器；所述四个SFP光模块通过SFP光信号输入通道接口与光纤连接；SFP光模块将光信号转换成串行电信号送入FPGA主控制器；光纤数据采集卡的高速信号线有四对，每对4.25G，按照10G高速差分信号设计，同时兼容2.5G到10G数据传输；所述计算机包括PCI-E接口、DDR-RAM、固态硬盘和显示终端；所述FPGA主控制器实施数据的接收采集、数据的缓存，数据帧的打包与发送。

2.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述FPGA主控制器实施数据的接收采集、数据的缓存，数据帧的打包与发送。

3.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述的电源稳压模块选用高效率开关电源模块，包括12V转2.5V子模块、12V转1.5V子模块和12V转0.9V子模块、3.3V转3.0V子模块、3.0V转1.0V子模块。

4.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述的晶振采用低噪声有源高稳定晶振。

5.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述的计算机包括PCI-E接口、DDR-RAM、固态硬盘和显示终端。

6.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述的PROM存储器是FPGA主控制器程序存储器，光纤数据采集卡上电时，FPGA主控制器自动从PROM存储器加载程序运行。

7.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述的指拨开关用于外部对FPGA主控制器内程序中时序选择信号，亦用作光纤数据采集卡自测试程序和实验采集程序选择信号。

8.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集设备，其特征在于：所述的计算机的读写为固态硬盘，通过固态硬盘同时执行读取到内存和存储硬盘。

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