基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，包括FPGA模块、下位发送模块和下位接收模块，所述FPGA模块通过所述下位接收模块自天线阵列获得数据，并行实现各天线阵列的相位计算，进而通过所述下位发送模块并行实现各天线的波束扫描的配置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天控制领域，尤其涉及一种基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置。
技术介绍
近年来，相控阵雷达广泛应用于军用和民用领域，其主要特点和优点是天线波束扫描快速、灵活，能实现无惯性快速扫描，从而缩短了对目标信号检测、录取、信息传递等所需的时间，具有较高的数据率，而这种性能是通过固态有源相控阵特有的波束控制装置来实现的。波束控制装置基本功能是根据要求的相控阵天线波束最大值指向的位置，计算每一个天线单元移相器所要求的波控数码，传输至每一个移相器，控制每一个移相器相位状态的转换，产生与波束指向相对应的相位分布，实现对波束指向的控制。整个波束扫描的响应时间主要取决于波束控制装置的响应时间。目前相控阵雷达的波束控制装置一般采用集中式和分布式两类解决方案。集中式方案由一套波束控制装置对阵面各点的相位进行统一运算，算完后将数据分路传至阵面各点。此方法硬件设备量少，适合于阵面单元较少的相控阵雷达，当天线单元较多时，由于其运算时间增加，影响波束扫描的速度。分布式方案通过将阵面分割，每个子阵对应一个波束控制装置，分别进行本子阵内单元的移相量计算，来减少运算时间，满足波束的快速扫描要求。但是设备量的增加而引起成本上升，可靠性下降，调试、维护工作量大。
技术实现思路
为了解决以上提到的问题，本专利技术提供了一种基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，包括FPGA模块、下位发送模块和下位接收模块，所述FPGA模块通过所述下位接收模块自天线阵列获得数据，并行实现各天线阵列的相位计算，进而通过所述下位发送模块并行实现各天线的波束扫描的配置。可选的，所述FPGA模块外扩有FLASH模块和SRAM模块，所述FLASH模块被配置成能够存储天线阵列的补偿矫正数据和预存的参数数据，以供所述FPGA模块调取使用，所述SRAM模块被配置成能够存储所述FPGA模块进行计算过程中的中间结果。可选的，所述FPGA模块外扩有CAN控制器，所述FPGA模块通过所述CAN控制器自中心计算机接收报文信息，所述FPGA模块依据所述报文信息实现对天线阵列中各天线单元的相位计算。可选的，所述FPGA模块通过所述CAN控制器接收的报文信息至少包括频点、指向信息以及波束形状。可选的，所述的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置还包括上位接收模块，所述FPGA模块还通过所述上位接收模块与中心计算机通讯，进而通过所述上位接收模块响应时序调度，实现对天线阵列的相位计算和/或各天线的波束扫描的配置。可选的，所述FPGA模块还用以对天线阵列进行BIT统计和监测，进而反馈至中心计算机。可选的，所述FPGA模块中构建有计算单元和配相单元，各计算单元、各配相单元和各天线阵列一一对应，每个所述计算单元对应计算一个天线阵列的相位码，每个所述配相单元根据对应计算单元计算后的相位码对对应的天线阵列进行波束扫描的配置。可选的，所述FPGA模块中还构建有命令解析单元，所述命令解析模块响应所述中心计算机反馈的命令，解析后控制所述FPGA模块中其他单元的工作。可选的，所述FPGA模块中构建有监测单元，所述监测单元，对各天线阵列的运行数据信息进行采集、统计、报文装订以及向中心计算机回告。可选的，所述运行数据包括各阵列的BIT信息以及温度信息。可选的，所述FPGA模块中构建有接口控制单元，所述FPGA外扩的模块由所述接口控制单元驱动控制。专利技术公开一种基于FPGA架构的集中式相控阵波束控制装置，该装置并行完成所有阵列的相位计算和传输配置实现波束的扫描，同时可以对每个天线阵列进行BIT统计和监测等功能。基于FPGA的并行计算技术，解决了传统的基于FPGA+DSP架构的集中式波束控制装置由于天线阵面规模大而引起的配相计算量大实时性难以满足要求的问题；可见，本专利技术采用了集中式解决方案，克服了分布式波束控制装置由于设备量增加而引起的调试、维护工作量大的缺点，减少了设备量，降低了成本，提高了装置的可靠性。附图说明图1是本专利技术一可选实施例中基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置的示意图；图2是本专利技术一可选实施例中FPGA模块的示意图。具体实施方式以下将结合图1对本专利技术提供的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置进行详细的描述，其为本专利技术可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本专利技术精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。请参考图1，本专利技术提供了一种基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，包括FPGA模块、下位发送模块和下位接收模块，所述FPGA模块通过所述下位接收模块自天线阵列获得数据，并行实现各天线阵列的相位计算，进而通过所述下位发送模块并行实现各天线的波束扫描的配置。在本专利技术优选的实施例中，所述FPGA模块外扩有FLASH模块和SRAM模块，其中：所述FLASH模块被配置成能够存储天线阵列的补偿矫正数据和预存的参数数据，以供所述FPGA模块调取使用，也可理解为，用来存储天线单元的补偿校正数据和程序的各种参数。所述SRAM模块被配置成能够存储所述FPGA模块进行计算过程中的中间结果。在本专利技术优选的实施例中，所述FPGA模块外扩有CAN控制器，所述FPGA模块通过所述CAN控制器自中心计算机接收报文信息，所述FPGA模块依据所述报文信息实现对天线阵列中各天线单元的相位计算。其中，所述FPGA模块通过所述CAN控制器接收的报文信息至少包括频点、指向信息以及波束形状。通过CAN控制器与中心计算机互联，利用CAN接口单元，FPGA响应不同的CAN数据和指令。在战斗模式中，根据CAN报文中的波束指向、频点、波束形状等信息，进行阵面收发组件的相位计算，并对接收的阵面BIT信息进行统计和装订，通过CAN控制器向中心计算机进行回告。在本专利技术优选的实施例中，所述的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置还包括上位接收模块，所述FPGA模块还通过所述上位接收模块与中心计算机通讯，进而通过所述上位接收模块响应时序调度，实现对天线阵列的相位计算和/或各天线的波束扫描的配置。在本专利技术优选的实施例中，所述FPGA模块还用以对天线阵列进行BIT统计和监测，进而反馈至中心计算机。以上对FPGA模块对外的硬件扩展和FPGA的主要功能进行了阐述，再进一步具体的实施例中：构成该装置的硬件上主要由FPGA、SRAM、FLASH、CAN控制器、差分输入输出等芯片构成。FPGA选用Altera公司低成本的CycloneIV系列FPGAEP4CE115F780作为整个硬件平台的核心。外扩4片SRAM，暂存FPGA进行浮点计算的中间结果、参数、补偿数据，SRAM选择GSI公司高速同步SRAMGS8128436GB-250I，容量大，速度快，驱动开发简单。为了离线存储天线收发组件的补偿数据和计算参数需要在FPGA外部增加FLASH器件，本专利技术选择深圳国微公司的32MbNORFlash。CAN控制器选择Micorchip公司的MCP2515通过SPI接口接入FPGA，具有硬件走线少，驱动控制简单的优点。系统时序调度信号和阵面监测信号通过差分输入、输出接口接入FPGA。下文对所述FPGA模块基于软件功能所配置的电路单元进行详细阐述：在本专利技术优选的实施例中，所述FPGA模块中构建有计算单元和配相单元，各计算单元、各配相单元和各天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，其特征在于：包括FPGA模块、下位发送模块和下位接收模块，所述FPGA模块通过所述下位接收模块自天线阵列获得数据，并行实现各天线阵列的相位计算，进而通过所述下位发送模块并行实现各天线的波束扫描的配置。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，其特征在于：包括FPGA模块、下位发送模块和下位接收模块，所述FPGA模块通过所述下位接收模块自天线阵列获得数据，并行实现各天线阵列的相位计算，进而通过所述下位发送模块并行实现各天线的波束扫描的配置。2.如权利要求1所述的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，其特征在于：所述FPGA模块外扩有FLASH模块和SRAM模块，所述FLASH模块被配置成能够存储天线阵列的补偿矫正数据和预存的参数数据，以供所述FPGA模块调取使用，所述SRAM模块被配置成能够存储所述FPGA模块进行计算过程中的中间结果。3.如权利要求1所述的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，其特征在于：所述FPGA模块外扩有CAN控制器，所述FPGA模块通过所述CAN控制器自中心计算机接收报文信息，所述FPGA模块依据所述报文信息实现对天线阵列中各天线单元的相位计算。4.如权利要求3所述的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，其特征在于：所述FPGA模块通过所述CAN控制器接收的报文信息至少包括频点、指向信息以及波束形状。5.如权利要求1所述的基于FPGA的集中式相控阵列波束控制装置，其特征在于：还包括上位接收模块，所述FPGA模块还通过所述上位接收模块与中心计算机通讯，进而通过所述上位接收模块响...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德平，沈全成，郭世杰，彭霖，王金龙，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31