一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统及自检方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统及自检方法。本设计从接收信号处理机指令，根据指令参数计算配相值，配置组件这一流程出发，包含通信系统设计、波控算法实现以及自我检测这几大块内容。整体设计使波束控制系统具备运算速度快、结构小、精度高、附加自检功能等特点。整个波束控制系统的模块化和智能化具有一定的适应性和推广价值。化具有一定的适应性和推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统及自检方法


[0001]本专利技术属于相控阵雷达
，特别涉及一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统及自检方法。

技术介绍

[0002]波控系统是相控阵雷达特有的，它取代了传统的机械扫描雷达中的伺服驱动器的作用。它的主要功能是在数据处理机或任务计算机的控制下，按波束指向的代码计算每一个天线单元上移相器所需的控制代码，并传输、放大，送至每一个移相器，控制每一个天线单元接收和发射的相位。使相控阵天线各天线单元的信号能量在空间指定方向上叠加，形成天线波束。在此基础上，通过控制移相器的移相量，实现相控阵天线波束的无惯性扫描。
[0003]波控系统的发展趋势是系统规模大型化、分布式，单个实体小型化、集成化、高可靠、低成本。大型相控阵雷达的出现，系统复杂，研发难度高，使只有一个运算器的集中式波控系统的运算处理能力显的不足。所以只有把运算工作交给多个处理器分别处理，才能满足新时代雷达系统的需求，同时减少系统复杂度，降低研发难度。随着电子技术不断发展，现场可编程门阵列FPGA、嵌入式计算机的出现使波控系统可以高度集成化，使得最新的技术发展是集二者于一身的片上系统真正实现系统的单芯片解决方案。但是针对波控系统而言，现有波控系统在FPGA上的设计存在功能单一，配置参数修改不灵活，测试手段单一繁杂等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：为了解决现有波控系统在FPGA上的设计存在功能单一，配置参数修改不灵活，测试手段单一繁杂等问题，本专利技术提出一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统及自检方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统，包括波控通信组件、幅相值计算组件和TR配置组件；
[0006]所述波控通信组件用于完成波控终端的通信以及与信处机通信；
[0007]所述幅相值计算组件，用于完成T/R组件的移相值计算及衰减值的计算；
[0008]所述TR组件用于将配置参数选择模块最后选择的数据，配置给TR组件，保证组件按照需工作。
[0009]本专利技术进一步的技术方案是：所述波控通信组件包括终端、终端通信模块、状态信息回传模块、终端数据解析模块、工作参数选择模块、信处通信模块、信处数据解析模块和工作参数选择模块。所述终端指令数据传入终端通信模块，经终端通信模块处理后分别传入状态信息回传模块和终端数据解析模块，且接收到的数据分别在状态信息回传模块和终端数据解析模块中进行状态数据回传处理和数据解析处理；处理后的数据经终端数据解析模块传入工作参数选择模块，经工作参数选择模块根据工作模式进行数据选择处理后传入状态信息回传模块再次进行数据回传后，与终端进行波控通信；信处将对波控的指令数据
传入信处通信模块，在该模块中进行串并转换后，传入信处数据解析模块并进行数据解析处理，之后传入工作参数选择模块，根据雷达工作模式选择相应的指令数据。
[0010]本专利技术进一步的技术方案是：所述幅相值计算组件包括Flash通信模块、Flash控制接口输出模块、配相打包模块、移值相计算模块和组件配置参数选择模块；所述配相值由两部分组成，一部分由工作参数选择模块将指令数据传入移相值计算模块并经过该模块计算出移相值，另一部分经Flash通信模块以及Flash控制接口输出模块从Flash中读出校准值，移相值和校准值这两部分经过配相打包模块相加得到配相值数据；通过终端也可以直接控制配相值数据用于测试，经过终端数据解析模块输出配相值参数；上面所述的两个来源不同的配相值根据工作模式经过组件配置参数选择模块选择最终配置给组件的配相值数据。
[0011]本专利技术进一步的技术方案是：所述TR配置组件包括TR组件配置模块和TR组件发射保护模块；TR组件发射保护模块按照TR组件的协议生成满足发射脉宽、占空比要求的脉冲信号，该信号和配相值数据经过TR组件配置模块按照TR组件的协议的控制字要求输出满足组件要求的串行控制字并导入TR组件中完成TR组件配置工作。
[0012]本专利技术进一步的技术方案是：基于FPGA的相控阵雷达波控系统的自检方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤1：打开波控终端界面，里面分为串口设置、工作模式、波束切换、电源控制、校准值设置、校准参数设置、状态显示窗口；
[0014]步骤2：设置串口号、波特率参数并打开串口；
[0015]步骤3：选择不同的雷达工作模式，开始进行测试。
[0016]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤3中，包括以下内容：
[0017](1)正常工作模式下，波控系统正常工作，不进入自检；
[0018](2)校准值导入模式下，需要擦除FLASH内的数据，并导入所需的校准值数据；
[0019](3)方向图测试模式下，需要终端控制波控机的频点和波位信息，以模拟实际正常工作的情况，以实现自检功能；
[0020](4)校准测试模式下，需要终端控制波控机的频点和波位信息，以模拟实现前端配相，波位校准等功能。
[0021]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤2包括以下子步骤：
[0022]步骤2.1：在终端界面进行操作：打开串口
→
选择工作模式为方向图测试
→
设置频点号、波位号以及赋形的值并发送；
[0023]步骤2.2：在终端界面进行操作：设置组件电源开关以及发射激励开关并发送；
[0024]步骤2.3：检测前端测试出的方向图是否满足要求。
[0025]专利技术效果
[0026]本专利技术的技术效果在于：本专利技术实施例提供的基于FPGA的相控阵雷达波控系统设计及自检方法，使用片上系统来完成相控阵雷达波束控制系统的设计，主要通过三个主模块：波控通信部分、配相值计算部分、T/R组件配置部分的相辅相成实现波控使命任务。
[0027]具体实践过程中，本专利技术的具体优势为：一、可以通过波控终端直接修改配相数据，实现配相值的灵活改动；二、可以直接模拟频点号、波位号等参数，实现前端的波束切换，方便满足前端天线方向图测试要求；三、通过与终端软件的通信，无需信号处理机即可
直接模拟雷达正常工作状态，可以在前期就解决很多系统故障，同时测试也更加灵活，仅需要一块波控板即可实现前端天线的测试要求。
[0028]随着大型相控阵设备在各个领域应用，本文的设计方案具有一定的应用前景。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一实施例提供的一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统设计在雷达系统中的硬件连接示意图；
[0030]图2为本专利技术一实施例提供的一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统设计的软件模块框图；
[0031]图3为本专利技术一实施例提供的一种天线阵列的系统模型图；
[0032]图4为本专利技术一实施例提供的一种基于FPGA的相控阵雷达波控自检方法的终端操作流程图；
具体实施方式
[0033]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统，其特征在于，包括波控通信组件、幅相值计算组件和TR配置组件；所述波控通信组件用于完成波控终端的通信以及与信处机通信；所述幅相值计算组件，用于完成T/R组件的移相值计算及衰减值的计算；所述TR组件用于将配置参数选择模块最后选择的数据，配置给TR组件，保证组件按照需工作。2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统，其特征在于，所述波控通信组件包括终端、终端通信模块、状态信息回传模块、终端数据解析模块、工作参数选择模块、信处通信模块、信处数据解析模块和工作参数选择模块。所述终端指令数据传入终端通信模块，经终端通信模块处理后分别传入状态信息回传模块和终端数据解析模块，且接收到的数据分别在状态信息回传模块和终端数据解析模块中进行状态数据回传处理和数据解析处理；处理后的数据经终端数据解析模块传入工作参数选择模块，经工作参数选择模块根据工作模式进行数据选择处理后传入状态信息回传模块再次进行数据回传后，与终端进行波控通信；信处将对波控的指令数据传入信处通信模块，在该模块中进行串并转换后，传入信处数据解析模块并进行数据解析处理，之后传入工作参数选择模块，根据雷达工作模式选择相应的指令数据。3.如权利要求1所述的一种基于FPGA的相控阵雷达波控系统，其特征在于，所述幅相值计算组件包括Flash通信模块、Flash控制接口输出模块、配相打包模块、移值相计算模块和组件配置参数选择模块；所述配相值由两部分组成，一部分由工作参数选择模块将指令数据传入移相值计算模块并经过该模块计算出移相值，另一部分经Flash通信模块以及Flash控制接口输出模块从Flash中读出校准值，移相值和校准值这两部分经过配相打包模块相加得到配相值数据；通过终端也可以直接控制配相值数据用于测试，经过终端数据解析模块输出配相值参数；上面所述的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萌，徐文文，徐达龙，卢哲，陈明明，刘辉，
申请(专利权)人：南京煜智机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：