SAR回波信号全程采集存储系统的研究与实现

论文摘要

合成孔径雷达(SAR)由于其全天时、全天候、高分辨率的特点,在军事和民用领域得到了广泛的应用。随着相关理论及硬件的迅速发展,SAR得到了迅速的发展。高速数据采集与存储技术作为SAR系统的重点和难点得到越来越多的关注和发展。SAR系统对数据采集和存储处理需要满足对正交两路(I/Q)雷达回波信号的数据同时采集,并实现高速传输和大容量长时间实时存储。为实现全程存储,本文提出了采用磁盘阵列的方案记录回波信号。采集部分采用Altera公司的FPGA实现系统工作时序控制,高速数据流分路以及采集与存储部分的相互通信等功能。存储部分采用FPGA控制SDRAM进行数据缓存和对硬盘的操作。其特点是:第一,系统采用了脱机操作的设计方案,提高了系统对工作环境的适应性;第二,采用模块化设计,便于系统后续功能扩展和性能提升。该系统在先期研发阶段采用4块IDE硬盘组成磁盘阵列,持续录入速率为80MB/s,在后期产品化阶段可根据实际需求,通过增加设备量实现性能的提升。本文主要工作:1.提出了一种通过数据分流来处理采集到的高速率大容量SAR回波信号数据的方法,并基于磁盘阵列来实现回波信号数据的全程录入,从数据仿真和系统测试结果对其进行了验证。2.全面介绍数据采集与存储系统的组成结构及设计原理,分别对各模块从工作原理到实现过程进行了详细地介绍。3.完成了系统软硬件工作:电路板设计实现、基于FPGA的系统总体时序控制和系统工作流程的设计与实现。4.完成了对采集系统各部分工作性能的测试与分析,结果表明,系统工作性能可靠,稳定度高,满足系统设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 数据采集技术发展现状简介
• 1.3 存储系统的速度瓶颈
• 1.4 研究内容概述
• 1.5 本文所做的主要工作和论文结构
• 第二章 数据采集的基本理论
• 2.1 采样基本理论
• 2.1.1 采样
• 2.1.2 抗混叠滤波器
• 2.2 数据采集过程
• 2.2.1 采样保持
• 2.2.2 量化与编码
• 2.2.3 量化方法
• 2.2.4 量化误差
• 第三章 数据存储技术的研究
• 3.1 数据存储媒介
• 3.2 数据存储控制
• 3.3 硬件接口
• 3.4 磁盘阵列
• 第四章 SAR回波信号全程采集存储系统的实现
• 4.1 系统构成及设计原理
• 4.2 数据采集模块
• 4.2.1 输入模拟信号增益调整
• 4.2.2 模数转换实现
• 4.2.2.1 A/D转换芯片
• 4.2.2.2 时钟芯片
• 4.2.2.3 对采样单元电路PCB板的考虑
• 4.3 采集存储控制模块
• 4.3.1 FPGA芯片
• 4.3.2 Nios II软核
• 4.3.3 Nios II的接口电路设计
• 4.3.3.1 Flash接口电路
• 4.3.3.2 SDRAM接口电路
• 4.3.3.3 JTAG接口电路
• 4.3.3.4 AS接口电路
• 4.4 数据存储接口模块
• 4.4.1 FPGA芯片
• 4.4.2 缓存SDRAM
• 4.4.2.1 SDRAM芯片
• 4.4.2.2 SDRAM控制
• 4.4.2.3 乒乓操作
• 4.5 IDE接口的研究
• 4.5.1 IDE接口协议
• 4.5.2 IDE接口简介
• 4.5.2.1 IDE接口的起源及发展
• 4.5.2.2 IDE接口硬盘的外观
• 4.5.2.3 ATA接口信号
• 4.5.2.4 接口寄存器的定义与描述
• 4.5.2.5 IDE接口器件的复位
• 4.5.2.6 PIO和DMA数据传输方式
• 4.6 存储器控制的硬件实现
• 4.6.1 硬盘存储器
• 4.6.2 寄存器
• 4.6.3 命令和时序
• 4.6.4 CRC计算实现
• 4.7 系统工作流程
• 4.8 小结
• 第五章 系统测试结果及分析
• 5.1 A/D转换器动态参数的测试方法
• 5.1.1 所需测试ADC的动态参数指标
• 5.1.2 FFT测试的基本原理
• 5.1.3 频域能量的泄漏问题
• 5.1.4 FFT测试应具备的条件
• 5.2 测试方案
• 5.2.1 测试设备
• 5.2.2 测试结果
• 5.2.3 结果分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果
• 个人简介