穿墙雷达显控系统的研究

论文摘要

在反恐、援救等安全领域,对透过墙体获知室内的人员、场景布局等信息有着强烈的需求,基于此,美英等国自上世纪末以来相继研制并投入使用了多款穿墙雷达系统。伴随着探测性能的不断提升,穿墙雷达正日益向多功能、小型化、可操作性强等方向发展。本文以便携、可操作性强为出发点,设计实现了步进频超宽带穿墙雷达的嵌入式显控系统,最终在穿墙环境下雷达实现了对运动人体目标的实时探测、跟踪。论文的主要工作为：（1）显控系统总体设计。依据雷达对显控系统的功能要求,确定了FPGA中心控制器+ARM显控终端的系统实现方案；以双口SRAM、Ethernet、UART为基础,设计了显控系统的高速流水线数据传输方式；使用轮式编码器进行系统定位。（2）在完成ARM显控终端、双口SRAM、Ethernet控制器和轮式编码器选型的基础上,完成了包括信号接收与模数转换模块在内的FPGA中心控制器的硬件电路设计。（3）为实现FPGA的中心控制功能,划分了其功能模块,编写了各模块的HDL代码并通过仿真验证了其功能。其功能模块包括：ARM显控终端配置信息接收,发信机控制,定位信息获取,ADC数据接收与分段平均,数据帧格式控制,与信号处理机的数据交互。（4）基于模块化方法开发了嵌入式Linux下的显控终端软件,软件包括系统配置、状态监测、目标航迹显示、数据通信等功能,并利用多线程技术达到了航迹实时更新的效果,同时以配置文件为基础实现了配置信息的管理功能。（5）对中心控制器与显控终端软件分别进行了测试,验证了设计的正确性,在此基础上与雷达其他模块进行了穿墙探测环境下的联合调试并成功实现了对慢速运动人体目标的探测与跟踪。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 穿墙雷达技术的发展现状
• 1.3 主要工作与内容安排
• 第二章 显控系统的方案设计
• 2.1 穿墙雷达的整机结构
• 2.2 显控系统的构成
• 2.2.1 功能划分
• 2.2.2 ARM显控终端选型
• 2.2.3 FPGA中心控制器定制
• 2.2.4 定位方法
• 2.3 终端软件开发环境
• 2.3.1 嵌入式Linux
• 2.3.2 QT/Embedded
• 2.4 本章小结
• 第三章 FPGA中心控制器的硬件电路设计
• 3.1 发信机接口信号
• 3.2 与定位装置的连接
• 3.3 信号调理与采样电路
• 3.4 SRAM模块
• 3.5 ETHERNET模块
• 3.6 供电模块
• 3.7 本章小结
• 第四章 FPGA功能的HDL实现
• 4.1 总体功能框图
• 4.2 终端信息接收
• 4.3 系统定位信息获取
• 4.4 发信机控制
• 4.5 ADC数据采集
• 4.6 帧结构控制
• 4.6.1 帧头标识
• 4.6.2 位置信息
• 4.6.3 数据分段平均处理
• 4.6.4 数据帧结构控制
• 4.7 与信号处理机的数据交互
• 4.7.1 数据写入至SRAM
• 4.7.2 从SRAM读取数据
• 4.7.3 SRAM数据读写功能仿真
• 4.8 本章小结
• 第五章 终端显控软件的设计与实现
• 5.1 软件的总体设计
• 5.1.1 软件功能模块的划分
• 5.1.2 软件各模块间的关系
• 5.2 目标航迹与雷达信息综合显示
• 5.2.1 显示界面整体设计
• 5.2.2 目标航迹显示
• 5.2.3 多线程数据缓存
• 5.3 配置信息管理
• 5.3.1 配置文件格式
• 5.3.2 配置信息管理
• 5.4 数据通信模块
• 5.5 本章小结
• 第六章 功能测试与雷达系统联调
• 6.1 FPGA中心控制器测试
• 6.1.1 电路辅助模块测试
• 6.1.2 功能模块测试
• 6.2 终端软件测试
• 6.2.1 系统配置功能测试
• 6.2.2 目标航迹显示功能测试
• 6.2.3 用户信息管理功能测试
• 6.3 系统联合调试
• 6.4 本章小结
• 第七章 课题总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果