一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统及方法技术方案

一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统及方法，基于FPGA实现，包括脉冲参数配置模块、脉冲信号生成模块、回波信号采集模块、角度解析模块、回波数据传输模块和网口控制模块；其中，脉冲参数配置模块，用于从TF卡读取配置参数，对脉冲信号生成模块和回波信号采集模块进行配置；脉冲信号生成模块，用于根据配置生成脉冲信号；角度解析模块，用于解析雷达天线的实时角度数据发送至回波信号采集模块；回波信号采集模块，用于根据配置采集指定时间段内的回波数据，并和时角度数据形成结构化数据包发送至回波数据传输模块；回波数据传输模块，用于将结构化数据包发送至上位机；网口控制模块，用于接收上位机的控制信号，控制所述系统的开关。系统的开关。系统的开关。

【技术实现步骤摘要】
一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统及方法


[0001]本专利技术涉及雷达脉冲信号生成与回波采集
，特别涉及一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统及方法。

技术介绍

[0002]雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。现代雷达的功能还包括动态估计、自动避碰、目标识别、目标跟踪和雷达成像等。随着雷达技术的迅猛发展，雷达已被广泛应用于军用防控、气象学、交通安全、机器人导航等领域。常见的雷达系统主要包括脉冲参数配置模块、脉冲信号生成模块、回波信号采集模块、电机控制模块、角度解析模块、回波数据传输模块、网口控制模块、雷达系统外部控制模块等。经过多年的发展，现有的雷达系统技术已较为成熟，但是仍存在一些问题：
[0003]1、现有雷达系统无法灵活切换发射脉冲信号，通常需要重新烧写程序或烧写rom，实际应用中很难操作，且配置耗时较长；
[0004]2、现有雷达系统集成度较低，通常信号发射、回波采集、电机控制、编码器控制、角度解析、数据传输都由独立电路模块组成，体积大、能耗大、信号在模块间传输损耗大、每个模块需要专门的中控芯片及配套元器件、每个模块需要专门开发程序、每个模块都需要单独供电、系统故障风险点增多、开发维护成本高；
[0005]3、现有雷达系统只传输处理后的回波数据而不发送原始回波给处理机，限制了后端系统的可扩展性；
[0006]4、现有系统中脉冲信号生成模块支持的频率范围通常为0
‑
200MHz，通用性差，难以适应不同应用场景。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统及方法。
[0008]一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，基于FPGA实现，所述系统包括脉冲参数配置模块、脉冲信号生成模块、回波信号采集模块、角度解析模块、回波数据传输模块和网口控制模块；其中，
[0009]所述脉冲参数配置模块，用于从TF卡读取配置参数，对脉冲信号生成模块和回波信号采集模块进行配置；
[0010]所述脉冲信号生成模块，用于根据配置生成脉冲信号；
[0011]所述角度解析模块，用于结合零位开关信号和编码器脉冲信号解析雷达天线的角度，并将得到的实时角度数据发送至回波信号采集模块；
[0012]所述回波信号采集模块，用于根据配置采集指定时间段内的回波数据，并将实时角度数据和回波数据匹配形成结构化数据包发送至回波数据传输模块；
[0013]所述回波数据传输模块，用于将结构化数据包发送至上位机；
[0014]所述网口控制模块，用于接收上位机的控制信号，控制所述系统的开关状态。
[0015]作为上述系统的一种改进，所述系统还包括：电机控制模块和雷达系统外部控制模块；其中，
[0016]所述电机控制模块，用于控制电机切换转速；
[0017]所述雷达系统外部控制模块，用于生成功放电源调制信号，及收发保护开关切换信号。
[0018]作为上述系统的一种改进，所述配置参数包括：脉冲个数n、每个脉冲的宽度t
i
,、每个脉冲是否扫频、扫频起始频率、扫频结束频率、发射重复周期T、脉冲数字信号、保护时长τ以及每个脉冲的回波采集时长d
i
，其中，下角标i表示第i个脉冲，1≤i≤n。
[0019]作为上述系统的一种改进，所述脉冲参数配置模块的处理过程包括：
[0020]从TF卡中以ASCII码形式依次读出每个脉冲的配置参数，并转换成十进制后经FIFO1写入DDR3，直至把n个脉冲的配置参数全部写入DDR3中。
[0021]作为上述系统的一种改进，所述脉冲信号生成模块的处理过程包括：
[0022]从DDR3中读取数据至FIFO2进行缓存，再从FIFO2中读出数据，经并串转换后送入AD9739芯片，生成0～1250MHz频段模拟信号。
[0023]作为上述系统的一种改进，所述角度解析模块采用STM32向回波信号采集模块发送上报角度指令；所述上报角度指令为两字节数据，数值等于角度乘以100并向下取整。
[0024]作为上述系统的一种改进，所述回波信号采集模块的处理过程包括：
[0025]根据每个脉冲的回波采集时长d
i
，进行12bit采样；
[0026]将12bit采样数据进行拼接，得到若干个32bit数据构成回波数据，将实时角度数据和回波数据匹配形成结构化数据包并发送至回波数据传输模块；其中每个32bit数据由以下步骤拼接完成：
[0027]将采样的第一时钟周期的12bit、第二时钟周期的12bit与第三时钟周期的高8位由高位到低位拼接成32bit数据并产生标志信号；
[0028]将第三时钟周期的低4bit、第四时钟周期的12bit、第五时钟周期的12bit、第六时钟周期的高4bit由高位到低位拼接成32bit数据并产生标志信号；
[0029]将第六时钟周期的低8bit、第七时钟周期的12bit、第八时钟周期的12bit由高位到低位拼接成32bit数据并产生标志信号。
[0030]作为上述系统的一种改进，所述结构化数据包包括：
[0031]第1
‑
2字节存储实时角度数据，第3
‑
4字节存储包编号，编号从1
‑
36000循环递增；第5
‑
1440字节以32bit为1组存储359组回波数据。
[0032]作为上述系统的一种改进，所述网口控制模块的处理过程包括：
[0033]接收上位机的控制信号；
[0034]当控制信号为01时，控制脉冲信号生成模块、回波信号采集模块、电机控制模块和回波数据传输模块停止工作；
[0035]当控制信号为02时，启动电机控制模块控制电机以6转的速度运行，并启动脉冲信号生成模块、回波信号采集模块和回波数据传输模块；
[0036]当控制信号为03时，启动电机控制模块控制电机以6转的速度运行，并启动脉冲信
号生成模块、回波信号采集模块和回波数据传输模块。
[0037]一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集方法，基于上述系统实现，所述方法包括以下步骤：
[0038]步骤1)雷达上电，所述系统初始化；
[0039]步骤2)脉冲参数配置模块从TF卡读取配置参数，对脉冲信号生成模块和回波信号采集模块进行配置；所述配置参数包括：脉冲个数n、每个脉冲的宽度t
i
,、每个脉冲是否扫频、扫频起始频率、扫频结束频率、发射重复周期T、脉冲数字信号、保护时长τ以及每个脉冲的回波采集时长d
i
，其中，下角标i表示第i个脉冲，1≤i≤n；
[0040]步骤3)网口控制模块接收上位机的控制信号为02或03时，启动脉冲信号生成模块、回波信号采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，基于FPGA实现，其特征在于，所述系统包括脉冲参数配置模块、脉冲信号生成模块、回波信号采集模块、角度解析模块、回波数据传输模块和网口控制模块；其中，所述脉冲参数配置模块，用于从TF卡读取配置参数，对脉冲信号生成模块和回波信号采集模块进行配置；所述脉冲信号生成模块，用于根据配置生成脉冲信号；所述角度解析模块，用于结合零位开关信号和编码器脉冲信号解析雷达天线的角度，并将得到的实时角度数据发送至回波信号采集模块；所述回波信号采集模块，用于根据配置采集指定时间段内的回波数据，并将实时角度数据和回波数据匹配形成结构化数据包发送至回波数据传输模块；所述回波数据传输模块，用于将结构化数据包发送至上位机；所述网口控制模块，用于接收上位机的控制信号，控制所述系统的开关状态。2.根据权利要求1所述的多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，其特征在于，所述系统还包括：电机控制模块和雷达系统外部控制模块；其中，所述电机控制模块，用于控制电机切换转速；所述雷达系统外部控制模块，用于生成功放电源调制信号，及收发保护开关切换信号。3.根据权利要求1所述的多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，其特征在于，所述配置参数包括：脉冲个数n、每个脉冲的宽度t
i
,、每个脉冲是否扫频、扫频起始频率、扫频结束频率、发射重复周期T、脉冲数字信号、保护时长τ以及每个脉冲的回波采集时长d
i
，其中，下角标i表示第i个脉冲，1≤i≤n。4.根据权利要求2所述的多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，其特征在于，所述脉冲参数配置模块的处理过程包括：从TF卡中以ASCII码形式依次读出每个脉冲的配置参数，并转换成十进制后经FIFO1写入DDR3，直至把n个脉冲的配置参数全部写入DDR3中。5.根据权利要求3所述的多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，其特征在于，所述脉冲信号生成模块的处理过程包括：从DDR3中读取数据至FIFO2进行缓存，再从FIFO2中读出数据，经并串转换后送入AD9739芯片，生成0～1250MHz频段模拟信号。6.根据权利要求2所述的多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，其特征在于，所述角度解析模块采用STM32向回波信号采集模块发送上报角度指令；所述上报角度指令为两字节数据，数值等于角度乘以100并向下取整。7.根据权利要求3所述的多脉冲雷达扫频信号生成与回波采集系统，其特征在于，所述回波信号采集模块的处理过程包括：根据每个脉冲的回波采集时长d
i
，进行12bit采样；将12bit采样数据进行拼接，得到若干个32bit数据构成回波数据，将实时角度数据和回波数据匹配形成结构化数据包并发送至回波数据传输模块；其中每个32bit数据由以下步骤拼接完成：将采样的第一时钟周期的12bit、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，李松斌，林道友，王凯巧，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所南海研究站，
类型：发明
国别省市：