DBF基带数据模拟器的设计与研制

论文摘要

在研制数字阵列雷达的数字波束形成(DBF)处理器的过程中,需要在不同目标和干扰的环境下检验DBF处理器的性能。由于实验条件的限制,加上受天气状况等因素的影响,雷达系统的性能以及指标测试难以在完全真实的环境中进行。于是研发用于实时模拟产生DBF接收阵所有阵元的回波基带信号的模拟器成为必然。由于数字阵列雷达阵元数多,目标及其电磁环境复杂、变化快,因此,对模拟器在带宽、灵活性和实时性方面也有更高的要求。本文针对这一背景开展了数字阵列雷达基带数据模拟器的研究。提出了基于FPGA和光纤传输技术的DBF基带数据模拟器实现方案,该模拟器通过PC机设置目标和干扰的空间位置和特性,再将PC机计算得到的各个阵元的基带信号幅相关系通过USB接口传送给基带数据模拟器；模拟器通过数字频率合成器(DDS)按照脉冲重复周期的节拍产生各个阵元的基带数据,并将基带数据通过光纤发送给数字阵列雷达的DBF处理器。本文完成了基于子母卡结构的DBF基带数据模拟器的硬件设计,包括FPGA电路、DDRⅡ存储电路、以太网接口电路、光纤模块电路、时钟电路等,采用高速信号完整性设计的原则完成了电路的印制板图设计,完成了电路的硬件安装和调试。子母卡结构的电路中,主要电路在母卡上,子卡上是光纤模块接口,两者之间通过两个FMC接口相连。这样的设计既可以节省开发时间,同时也提高了模拟器的通用性。在完成硬件设计制作的基础上,开展了PC机部分和FPGA部分软件的设计、编程和调试,主要包括基带数据产生模块程序、光纤模块的接口程序、USB接口程序、模拟器PC机界面程序等。并将模拟器与DBF处理器进行了联调测试,实验结果证明模拟器实现了应有的功能和效果,具有传输数据量大、实时性好、准确度高和传输距离远等优点,并且可以模拟不同环境下目标、干扰等的回波信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 缩略语对照表
• 1 绪论
• 1.1 本课题的应用背景和研究意义
• 1.2 雷达模拟技术的国内外动态
• 1.3 本论文所做的工作
• 2 DBF雷达系统的组成及雷达模拟器的设计要求
• 2.1 雷达系统的组成及基本工作原理
• 2.2 DBF技术及阵元回波信号特性
• 2.3 模拟器的功能要求及工作流程
• 3 模拟器的硬件设计
• 3.1 模拟器的总体方案设计
• 3.2 Rocket I/O高速串行传输技术
• 3.3 硬件各单元电路设计
• 3.3.1 电源电路设计
• 3.3.2 时钟电路设计
• 3.3.3 光纤模块电路设计
• 3.3.4 以太网接口电路设计
• 3.3.5 DDRⅡ存储电路设计
• 3.3.6 主处理器电路设计
• 3.4 PCB设计要求
• 4 模拟器的软件设计
• 4.1 FPGA控制程序设计
• 4.1.1 程序设计的总体框架
• 4.1.2 CPⅠ和PRⅠ时序设计
• 4.1.3 光纤模块的程序接口设计
• 4.1.4 时钟电路配置
• 4.1.5 串口电路程序设计
• 4.1.6 USB接口程序设计
• 4.2 基带数据产生模块的程序设计
• 4.2.1 基带信号产生的原理
• 4.2.2 基带数据的组帧格式
• 4.2.3 基带数据发送程序设计
• 4.2.4 MGT的IP核生成
• 4.2.5 Rocket IO的误码率测试
• 4.3 模拟器的PC机程序设计
• 4.3.1 模拟器的串口界面程序设计
• 4.3.2 模拟器的USB界面程序设计
• 4.3.3 MATLAB与VC++混合编程
• 4.3.4 VC中调用COM编程的方法
• 5. 联调测试与实验结果
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录