基于SCSI磁盘阵列的雷达波形产生器

论文摘要

本文采用现代SCSI磁盘阵列技术,开发出基于FPGA的雷达波形产生器,该波形产生器能产生80M带宽的任意雷达波形,并能模拟目标回波信号、杂波信号、回波信号。在大容量存储方面,传统的普通硬盘已不能满足高速实时系统存储的要求。如IDE硬盘的传输速率只能达到每秒100MB或133MB,SATAⅡ的传输率最高为300MB/s。本文研究的波形产生器采用SCSI硬盘作为存储设备,SCSI硬盘的Ultra320 SCSI传输模式的传输速率可以达到320MB/s,连续传输速率可以达到40MB/s,并且易于扩展,可同时并联多个硬盘组成磁盘阵列,使其存储速度成倍提高,满足了现代雷达波形产生器所需的高速大容量传输存储的需求。波形产生器以FPGA为核心,SCSI磁盘阵列存储波形数据,通过DMA通道将波形数据传输给DDS,产生相应的波形。最初的波形数据由PC机产生,通过USB通道传输给FPGA的FLASH,由FPGA将波形数据写入SCSI磁盘阵列。本文的主要工作如下:1.深入研究雷达波形产生的基本理论,阐述了目标回波、相干视频回波、杂波、噪声的模拟方法以及频率合成技术的相关理论;2.通过比较现有的各种大容量存储设备,根据系统的实际要求,确立了以SCSI磁盘阵列为核心存储设备;3.基于Quartus平台,完成了SCSI磁盘阵列的控制通道、DMA数据通道的设计,通过调用USB模块的动态链接库,实现了PC机与FPGA间的通信;4.完成了基于niosⅡ的DDS控制通道设计,并通过在Quartus下自行搭建模块,完成了DDS数据通道设计;5.完成了系统的软硬件调试,测试结果表明,系统功能达到了预定目标、运行稳定可靠;6.完成了波形产生器在船舶通信导航雷达中的应用。分析了相关实现方案,通过解剖RA772船舶导航雷达的结构和功能,提出了基于波形产生器为核心的新导航雷达设计方案;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外技术发展现状
• 1.3 本文完成的主要工作
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 雷达波形产生基本理论
• 2.1 常见的雷达信号波形
• 2.1.1 均匀脉冲串信号
• 2.1.2 线性调频信号
• 2.1.3 相位编码信号
• 2.2 目标回波的模拟
• 2.2.1 目标回波信号模型
• 2.2.2 目标幅度起伏模型
• 2.2.3 目标受天线方向图调制
• 2.3 相干视频回波信号模拟
• 2.4 杂波模拟
• 2.4.1 杂波后向散射系数模型
• 2.4.2 杂波统计模型
• 2.5 噪声模拟
• 2.6 频率合成技术
• 2.6.1 直接数字频率合成器原理简介
• 2.6.2 DDWS与DDFS的特点
• 第三章 波形存储设备分析
• 3.1 常用存储设备的特点
• 3.1.1 IDE硬盘
• 3.1.2 SATA硬盘
• 3.2 SCSI磁盘阵列特点
• 3.2.1 SCSI硬盘的产生发展
• 3.2.2 SCSI硬盘的特点
• 第四章 波形产生器的设计与实现
• 4.1 系统设计目标
• 4.2 系统方案选取
• 4.2.1 PC机
• 4.2.2 主控模块
• 4.2.3 SCSI磁盘阵列
• 4.2.4 DDS模块
• 4.3 系统实现
• 4.3.1 系统时钟模块
• 4.3.2 NIOS Ⅱ平台的搭建
• 4.3.3 SCSI控制通道设计
• 4.3.4 DMA数据通道设计
• 4.3.5 DDS控制通道设计
• 4.3.6 DDS数据通道设计
• 4.3.7 PC机端软件设计
• 第五章 系统测试结果分析
• 5.1 性能指标
• 5.2 测试工具与方法
• 5.3 SCSI控制通道检测
• 5.3.1 控制通道写模块检测
• 5.3.2 控制通道读模块检测
• 5.4 DMA数据通道检测
• 5.4.1 DMA数据通道写模块检测
• 5.4.2 DMA数据通道读模块检测
• 5.5 DDS控制通道测试
• 5.5.1 DDS控制通道写测试
• 5.5.2 DDS控制通道读测试
• 5.6 DDS数据通道测试
• 5.7 DDS输出波形测试
• 5.7.1 单频信号测试
• 5.7.2 线性调频信号的测试
• 5.8 测试结果分析
• 5.9 系统实物照片
• 第六章 波形产生器在船舶导航雷达中的应用
• 6.1 RA772船舶导航雷达结构解剖
• 6.1.1 RA772雷达综述
• 6.2 原RA772雷达设计方案
• 6.2.1 RA772结构
• 6.3 应用波形产生器的新方案
• 6.3.1 射频电磁波产生流程
• 6.3.2 雷达回波的显示
• 6.3.3 改造后新增组件
• 6.4 新方案优点介绍
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果