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多功能雷達(dá)信號(hào)處理單元

1 概述

多功能雷達(dá)信號(hào)處理單元采用多路高速ADC、高速DAC、FPGA+多核DSP硬件架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)6通道中頻/基帶信號(hào)高速采樣、任意中頻調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生、雷達(dá)定時(shí)/TR組件控制信號(hào)產(chǎn)生、頻綜接收機(jī)控制、管理波控單元、100M/1000M以太網(wǎng)通信、低旁瓣脈壓、MTD、恒虛警檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、點(diǎn)跡凝聚、終端控制指令分發(fā)及上報(bào)等功能。內(nèi)置北斗定位定向模塊獲取雷達(dá)的方位、位置、時(shí)間等信息，提供傾斜儀、方位伺服等外設(shè)通信接口，可應(yīng)用于體積、重量、功耗嚴(yán)格約束的一維/兩維有源相控陣脈沖壓縮雷達(dá)、一維相掃寬帶線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理。

2 技術(shù)性能

2.1系統(tǒng)組成

信號(hào)處理單元采用多通道高速采樣+K7 FPGA+多核DSP+高速DAC硬件架構(gòu)，硬件電路組成框圖如圖1所示。主要由6路中頻/基帶信號(hào)采樣電路、采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路、DAC時(shí)鐘產(chǎn)生、FPGA及其擴(kuò)展電路、2組獨(dú)立讀寫(xiě)的DDR3存儲(chǔ)器、FPGA擴(kuò)展的4個(gè)串口、高速DAC及外圍電路、定時(shí)控制信號(hào)產(chǎn)生及驅(qū)動(dòng)、6678多核 DSP及其擴(kuò)展電路、DSP時(shí)鐘電路、100M/1000M以太網(wǎng)、DSP的RS485擴(kuò)展、DSP與FPGA間的EMIF接口、SRIO接口、GPIO接口、供電電源、光纖接口等部分組成。

多功能雷達(dá)信號(hào)處理單元

2.2主要功能

2.2.1定時(shí)、控制信號(hào)產(chǎn)生

根據(jù)終端的控制指令產(chǎn)生雷達(dá)系統(tǒng)正常工作的PRI、CPIB、CPIE等定時(shí)信號(hào)，TP（TR組件發(fā)射使能）、TR（TR組件接收使能）、TRSW（TR組件收發(fā)控制信號(hào)）、接收機(jī)增益控制、CAL（頻綜校準(zhǔn)控制信號(hào)）、校準(zhǔn)口I/校準(zhǔn)口II選擇、SYNC（模擬目標(biāo)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)）等控制信號(hào)，并將定時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離后輸出給波控板。

2.2.2發(fā)射中頻調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生

產(chǎn)生滿足技術(shù)性能要求的脈沖中頻調(diào)制信號(hào)或?qū)拵е蓄l線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。

2.2.3提供多種通信接口

提供10M/100M以太網(wǎng)口或RS485通信口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理終端的雙向通信，接收終端的控制指令報(bào)文、發(fā)送目標(biāo)報(bào)告報(bào)文給終端。

提供RS232接口與傾斜儀通信，接收傾斜儀的俯仰、翻滾信息報(bào)文，解析俯仰信息發(fā)送給終端。

提供RS232接口與定位定向模塊通信，接收定位、定向及時(shí)間報(bào)文。

提供RS232接口與尋北儀/方位伺服通信，接收方位信息。

2.2.4具備時(shí)戳產(chǎn)生功能

利用定位定向模塊的秒脈沖、信號(hào)處理單元產(chǎn)生的ms時(shí)戳數(shù)據(jù)和北斗基準(zhǔn)時(shí)間生成目標(biāo)時(shí)間信息。

2.2.5 FPGA與DSP間具備多種數(shù)據(jù)接口

FPGA與DSP間具有SRIO接口、EMIF接口、GPIO接口。

2.2.6時(shí)鐘產(chǎn)生

利用外部輸入高穩(wěn)定時(shí)鐘產(chǎn)生ADC、DAC、FPGA的工作時(shí)鐘。

2.2.7供電電源產(chǎn)生

利用外部輸入+12V電源產(chǎn)生信號(hào)處理正常工作的各種工作電源。

2.2.8波控碼計(jì)算及分發(fā)

解析終端控制指令的方位/俯仰波束駐留指令，計(jì)算有源陣面的發(fā)射相位碼、接收幅相碼（發(fā)射波束不進(jìn)行幅度加權(quán)），并進(jìn)行幅、相補(bǔ)償后發(fā)送給波控板。

2.2.9多通道中頻信號(hào)采集及下變頻

可對(duì)6路中頻輸入信號(hào)進(jìn)行高速同步采樣、數(shù)字下變頻處理，輸出6路基帶信號(hào)供后續(xù)的DBF、多通道脈壓、MTD等處理。

2.2.10基帶信號(hào)的實(shí)時(shí)處理

對(duì)和、方位差、俯仰差波束的基帶信號(hào)或4個(gè)子陣的基帶信號(hào)進(jìn)行DBF、脈壓、相參積累等實(shí)時(shí)信號(hào)處理，并將和、方位差、俯仰差全程距離單元的功率譜數(shù)據(jù)通過(guò)SRIO接口傳輸給DSP。

2.2.11目標(biāo)檢測(cè)

根據(jù)當(dāng)前CPI的信號(hào)處理指令，完成目標(biāo)恒虛警檢測(cè)、高精度測(cè)速、方位/俯仰和差波束測(cè)角、點(diǎn)跡凝聚、強(qiáng)目標(biāo)干擾剔除等處理。

2.2.12干擾識(shí)別

利用檢測(cè)出目標(biāo)的時(shí)域和頻域數(shù)據(jù)提取特征，進(jìn)行干擾識(shí)別、剔除。

2.2.13環(huán)境溫度測(cè)量及控制

具備環(huán)境溫度測(cè)量及風(fēng)扇控制功能，當(dāng)環(huán)境溫度高于20℃時(shí)控制本板及系統(tǒng)的風(fēng)扇開(kāi)啟，低于20℃時(shí)關(guān)斷本板及系統(tǒng)風(fēng)扇。

2.2.14故障檢測(cè)

具備故障自檢和工作狀態(tài)監(jiān)視功能，并將其它分系統(tǒng)的故障信息上報(bào)給終端。

2.2.15 TR組件收發(fā)通道測(cè)量

利用TR組件收發(fā)通道測(cè)量、測(cè)試程序，完成發(fā)射、接收通道的幅相特性測(cè)量，并生成不同頻點(diǎn)的幅、相校正系數(shù)。

2.2.16接收方向圖測(cè)量功能

可實(shí)現(xiàn)接收方向圖測(cè)量功能，利用接收方向圖測(cè)試程序測(cè)量方位和、差方向圖，俯仰和、差方向圖。

2.2.17管理外擴(kuò)設(shè)備

管理外部擴(kuò)展的傾斜儀、尋北儀/方位伺服等設(shè)備。

2.3主要性能

2.3.1接口

a) 光纖通信接口：?jiǎn)瓮ǖ离p向光纖，傳輸速率10Gbps。

b) 以太網(wǎng)：1個(gè)100M/1000M以太網(wǎng)。

c) 串行口：DSP提供1個(gè)串口，FPGA擴(kuò)展到DSP的串口4個(gè)。

d) 1個(gè)波控板接口（含電源、RS422通信口、控制信號(hào)等）。

e) 1個(gè)頻綜收發(fā)組件接口。

f) 輸入電源接口1個(gè)。

g) 8位測(cè)試信號(hào)輸出口1個(gè)。

h) 高穩(wěn)定時(shí)鐘輸入口1個(gè)。

i) 6個(gè)中頻/基帶輸入信號(hào)接口。

j) 1個(gè)中頻調(diào)制信號(hào)輸出接口。

k) 兩個(gè)北斗天線接口。

l) FPGA、DSP調(diào)試口、電源編程口各1個(gè)；

m) 1個(gè)傾斜儀接口；

n) 1個(gè)尋北儀/方位伺服接口。

2.3.2 FPGA存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2組獨(dú)立讀寫(xiě)DDR3存儲(chǔ)器，每組容量為256M×32bit，讀寫(xiě)時(shí)鐘頻率：≥1066MHz。

2.3.3 DSP存儲(chǔ)器擴(kuò)展

DSP擴(kuò)展256M×64bit DDR3存儲(chǔ)器，讀寫(xiě)時(shí)鐘頻率：≥1066MHz。

2.3.4 FPGA與DSP間接口

a）一組SRIO接口；

b）EMIF接口；

c）GPIO接口。

2.3.5 FPGA與DSP間的SRIO

通道數(shù)：4；

傳輸速率：3.125Gbps。

2.3.6外部輸入時(shí)鐘

頻率：120MHz；

功率：10dBm ±1dBm；

輸出阻抗：50Ω；

信號(hào)形式：正弦波。

2.3.7輸出中頻調(diào)制信號(hào)

a）中頻頻率：510MHz/1800MHz（可根據(jù)用戶需要定制）；

b）信號(hào)帶寬：30MHz/150MHz（可根據(jù)用戶需要定制）；

c）信號(hào)形式：脈沖調(diào)制信號(hào)/線性調(diào)頻連續(xù)波；

d）輸出信號(hào)功率：0dBm±1dBm；

e）輸出阻抗：50歐姆；

f）諧波：≤-30dBc；

g）雜散抑制（帶外）：≥50dB。

2.3.8中頻輸入信號(hào)及采樣

a）輸入信號(hào)通道數(shù)：6路；

b）中頻頻率：510MHz；

c）輸入信號(hào)功率：≤10dBm；

d）輸出阻抗：50歐姆；

e）ADC采樣頻率：≥120MSPS；

f）ADC分辨位數(shù)：≥14位；

g）ADC有效分辨位數(shù)（ENOB）：≥11位。

2.3.9供電及功耗

a）供電電源：+12V±1V；

b）功耗： ≤ 20W。

2.3.10重量

≤ 340g（含散熱板、風(fēng)扇）。

2.3.11散熱方式

自然散熱。

2.4接口

對(duì)外接口如表1所示。