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      1.  

        南京派易晟電子科技有限公司

        Nanjing PiYS Electronic Technology CO.,LTD


        > - -國產平臺系列- -
        多功能雷達信號處理單元
        國產信號處理板卡

        概述

        多功能雷達信號處理單元采用多路高速ADC、高速DAC、FPGA+多核DSP硬件架構,可實現6通道中頻/基帶信號高速采樣、任意中頻調制信號產生、雷達定時/TR組件控制信號產生、頻綜接收機控制、管理波控單元、100M/1000M以太網通信、低旁瓣脈壓、MTD、恒虛警檢測、目標識別、點跡凝聚、終端控制指令分發及上報等功能。內置北斗定位定向模塊獲取雷達的方位、位置、時間等信息,提供傾斜儀、方位伺服等外設通信接口,可應用于體積、重量、功耗嚴格約束的一維/兩維有源相控陣脈沖壓縮雷達、一維相掃寬帶線性調頻連續波雷達的高速實時信號處理。

        技術性能

        2.1系統組成

        信號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,硬件電路組成框圖如圖1所示。主要由6路中頻/基帶信號采樣電路、采樣時鐘產生電路、DAC時鐘產生、FPGA及其擴展電路、2組獨立讀寫的DDR3存儲器、FPGA擴展的4個串口、高速DAC及外圍電路、定時控制信號產生及驅動、6678多核 DSP及其擴展電路、DSP時鐘電路、100M/1000M以太網、DSPRS485擴展、DSPFPGA間的EMIF接口、SRIO接口、GPIO接口、供電電源、光纖接口等部分組成。

        多功能雷達信號處理單元

        2.2主要功能

        2.2.1定時、控制信號產生

        根據終端的控制指令產生雷達系統正常工作的PRI、CPIB、CPIE等定時信號,TPTR組件發射使能)、TRTR組件接收使能)、TRSWTR組件收發控制信號)、接收機增益控制、CAL(頻綜校準控制信號)、校準口I/校準口II選擇、SYNC(模擬目標產生觸發信號)等控制信號,并將定時控制信號驅動隔離后輸出給波控板。

        2.2.2發射中頻調制信號產生

        產生滿足技術性能要求的脈沖中頻調制信號或寬帶中頻線性調頻連續波信號。

        2.2.3提供多種通信接口

        提供10M/100M以太網口或RS485通信口實現與數據處理終端的雙向通信,接收終端的控制指令報文、發送目標報告報文給終端。

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

        提供RS232接口與定位定向模塊通信,接收定位、定向及時間報文。

        提供RS232接口與尋北儀/方位伺服通信,接收方位信息。

        2.2.4具備時戳產生功能

        利用定位定向模塊的秒脈沖、信號處理單元產生的ms時戳數據和北斗基準時間生成目標時間信息。

        2.2.5 FPGADSP間具備多種數據接口

        FPGADSP間具有SRIO接口、EMIF接口、GPIO接口。

        2.2.6時鐘產生

        利用外部輸入高穩定時鐘產生ADC、DAC、FPGA的工作時鐘。

        2.2.7供電電源產生

        利用外部輸入+12V電源產生信號處理正常工作的各種工作電源。

        2.2.8波控碼計算及分發

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

        2.2.9多通道中頻信號采集及下變頻

        可對6路中頻輸入信號進行高速同步采樣、數字下變頻處理,輸出6路基帶信號供后續的DBF、多通道脈壓、MTD等處理。

        2.2.10基帶信號的實時處理

        對和、方位差、俯仰差波束的基帶信號4個子陣的基帶信號進行DBF、脈壓、相參積累等實時信號處理,并將和、方位差、俯仰差全程距離單元的功率譜數據通過SRIO接口傳輸給DSP。

        2.2.11目標檢測

        根據當前CPI的信號處理指令,完成目標恒虛警檢測、高精度測速、方位/俯仰和差波束測角、點跡凝聚、強目標干擾剔除等處理。

        2.2.12干擾識別

        利用檢測出目標的時域和頻域數據提取特征,進行干擾識別、剔除。

        2.2.13環境溫度測量及控制

        具備環境溫度測量及風扇控制功能,當環境溫度高于20℃時控制本板及系統的風扇開啟,低于20℃時關斷本板及系統風扇。

        2.2.14故障檢測

        具備故障自檢和工作狀態監視功能,并將其它分系統的故障信息上報給終端。

        2.2.15 TR組件收發通道測量

        利用TR組件收發通道測量、測試程序,完成發射、接收通道的幅相特性測量,并生成不同頻點的幅、相校正系數。

        2.2.16接收方向圖測量功能

        可實現接收方向圖測量功能,利用接收方向圖測試程序測量方位和、差方向圖,俯仰和、差方向圖。

        2.2.17管理外擴設備

        管理外部擴展的傾斜儀、尋北儀/方位伺服等設備。

        2.3主要性能

        2.3.1接口

        a) 光纖通信接口:單通道雙向光纖,傳輸速率10Gbps。

        b) 以太網:1100M/1000M以太網。

        c) 串行口:DSP提供1個串口,FPGA擴展到DSP串口4個。

        d) 1個波控板接口(含電源、RS422通信口、控制信號等)。

        e) 1個頻綜收發組件接口。

        f) 輸入電源接口1個。

        g) 8位測試信號輸出口1個。

        h) 高穩定時鐘輸入口1個。

        i) 6個中頻/基帶輸入信號接口。

        j) 1中頻調制信號輸出接口。

        k) 兩個北斗天線接口。

        l) FPGA、DSP調試口、電源編程口各1個;

        m) 1個傾斜儀接口;

        n) 1個尋北儀/方位伺服接口。

        2.3.2 FPGA存儲器擴展

        2組獨立讀寫DDR3存儲器,每組容量為256M×32bit,讀寫時鐘頻率:1066MHz。

        2.3.3 DSP存儲器擴展

        DSP擴展256M×64bit DDR3存儲器,讀寫時鐘頻率1066MHz。

        2.3.4 FPGADSP間接口

        a一組SRIO接口;

        bEMIF接口;

        cGPIO接口。

        2.3.5 FPGADSP間的SRIO

        通道數:4;

        傳輸速率:3.125Gbps。

        2.3.6外部輸入時鐘

        頻率:120MHz;

        功率:10dBm ±1dBm;

        輸出阻抗:50Ω;

        信號形式:正弦波。

        2.3.7輸出中頻調制信號

        a) 中頻頻率:510MHz/1800MHz(可根據用戶需要定制);

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

        c) 信號形式:脈沖調制信號/線性調頻連續波;

        d) 輸出信號功率: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中頻輸入信號及采樣

        a)輸入信號通道數:6路;

        b)中頻頻率:510MHz;

        c)輸入信號功率:10dBm;

        d)輸出阻抗:50歐姆;

        eADC采樣頻率:≥120MSPS;

        fADC分辨位數:≥14位;

        gADC有效分辨位數(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、風扇)。

        2.3.11散熱方式

        自然散熱。

        2.4接口

        對外接口如表1所示。

        1)中頻/基帶輸入IXS1

        單端交流輸入信號、50歐姆阻抗、信號功率10dBm,SSMA-KHD插座。

        2)中頻/基帶輸入IIXS2

        單端交流輸入信號、50歐姆阻抗、信號功率10dBm,SSMA-KHD插座。

        3)中頻/基帶輸入IIIXS3

        單端交流輸入信號、50歐姆阻抗、信號功率10dBm,SSMA-KHD插座。

        4)中頻/基帶輸入IVXS4

        單端交流輸入信號、50歐姆阻抗、信號功率10dBm,SSMA-KHD插座。

        5中頻/基帶輸入VXS5

        單端交流輸入信號、50歐姆阻抗、信號功率10dBm,SSMA-KHD插座。

        6中頻/基帶輸入VIXS6

        單端交流輸入信號、50歐姆阻抗、信號功率10dBm,SSMA-KHD插座。

        7)輸入時鐘XS7

        100MHz外部時鐘輸入,10dBm±1dBm功率,SSMA-KHD插座。100MHz時鐘作為4路中頻/基帶信號的采樣頻率,DAC、高中頻ADC時鐘由PLL產生、參考時鐘為100MHz。

        8中頻調制信號輸出XS8

        輸出1800MHz中頻調制信號,SSMA-KHD插座。

        9)電源輸入(XS9

        電源輸入插座信號定義見表2。
        10)波控板接口XS10
        波控板接口信號定義見表3,其中+12V_IN輸入電源由波控板產生,CPIB、CPIE為信號處理提供給波控板的定時信號,為LVDS電平差分信號、用SN65LVDS391或類似功能芯片產生,波控板要用SN65LVDS349或類似差分接收芯片接收。TP、TR、TRSWTR組件發射、接收及收發切換控制信號,電平標準和產生方式與CPIB、CPIE相同,由波控板接收、驅動后轉發給TR組件;D2A、A2DRS422通信信號,CAL、CalPort_Sel1~0、Gain_CTL4~Gain_CTL0、FS_TRSW為頻綜接收機的校準/正常工作控制、校準口選擇、5位增益控制信號及頻綜收發切換信號,其中頻綜收發切換信號的時序關系可能與TR組件的收發切換信號時序關系不同,波控板接收、驅動后提供給頻綜接收機。旁瓣匿影、校正口I、校正口II共用一路接收機,CalPort_Sel1~000”時頻綜接收機選擇旁瓣匿影輸入,“01”時選擇校正口I輸入,“10”時選擇校正口II輸入。
        11終端通信口XS11
        終端通信口的信號定義見表4,可以選擇RS48510M/100M/1000M以太網輸出給終端。

        12)光纖接口XS12

        光纖接口用于數據采集、調試數據輸出。

        13同步輸出XS13

        同步輸出為信號處理單元產生的矢量信號源的外觸發信號,用于信號處理單元的軟件調試和測試。

        14FPGA調試口XS14

        XS16FPGAJTAG調試口。

        15)測試信號輸出XS15

        測試信號輸出接口信號定義見表5,用于信號處理FPGA、DSP軟件調試測試過程中輸出測試信號。

        16DSP調試口XS16

        略。

        17)傾斜儀接口XS17

               傾斜儀接口信號定義見表6,傾斜儀使用FPGA擴展的RS232串口1,接插件為JL4-5ZJB。

        18)風扇電源XS18

                信號處理散熱板風扇接口信號定義見表7,風扇開關受信號處理控制,信號處理單元利用板上的溫度傳感器測量環境溫度,溫度高于20時,啟動本板風扇工作。接插件為JL4-4ZJB。

        19PRI監測信號XS19

        用于測試的定時信號輸出,接插件為MCX-KHD。

        20CPI監測信號XS20

        用于測試的定時信號輸出,接插件為MCX-KHD。

        21)北斗主天線XS21

        北斗主天線接口,接插件為MMCX-KHD。

        22)北斗從天線XS22

        北斗從天線接口,接插件為MMCX-KHD。

        23尋北儀/方位伺服接口XS23

                尋北儀/方位伺服接口信號定義見表8,接插件為JL4-6ZJB。

        24)頻綜收發組件接口(XS24

               頻綜收發組件接口信號定義見表9,用于沒有波控板、波束不掃描的應用場景,由信號處理單元直接控制頻綜收發組件,插座型J30J-21ZKN-J。Freq_CTL4~Freq_CTL0、Freq_WR、Gain_CTL5~ Gain_CTL0、FS_TRSW分別為頻率代碼、寫頻率、增益控制、收發轉換信號,均為3.3V CMOS電平,Gain_CTL5~ Gain_CTL0控制1dB步進衰減器、最大衰減量63dB。收發轉換信號FS_TRSW在脈沖工作方式下有效,可以用于收發組件的收發控制,連續波工作時一直為高電平。FS_Bit3~FS_Bit0收發組件的故障檢測信號,為3.3V CMOS電平,高電平故障、低電平正常。

                 信號處理的通信接口見表10,DSP的千兆以太網和RS485串口與終端連接;DSP通過FPGA擴展4個串口,分別與波控板、傾斜儀、定位定向設備、尋北儀/方位伺服通信;單通道光纖用于調試、測試及數據采集。

        文字

        3外形尺寸

           信號處理單元印制板外形尺寸:110mm×180mm,焊接面(底面)放置的器件高度≤5mm,元件面(正面)含散熱板的高度≤20mm。信號處理單元實物如圖2所示。

        信號處理單元對外接口布局如圖3所示。

        典型應用

        兩維相掃脈沖壓縮雷達信號處理

        兩維相掃模擬相控陣雷達組成如圖4所示。信號處理單元產生510MHz中頻調制信號(信號帶寬、時寬可根據需求確定),由頻綜接收機進行上變頻、濾波、功率放大后提供4個子陣TR組件的發射激勵信號;陣列天線的接收信號由4個子陣TR組件進行低噪聲放大、幅相加權、信號合成后輸出4路接收信號給頻綜接收機,頻綜接收機完成低噪聲放大、增益控制、下變頻、濾波、中頻放大,輸出4路中頻信號給信號處理單元;信號處理單元對4路中頻輸入信號進行同步采樣、數字下變頻(DDC)、DBF處理,得到和、方位差、俯仰差波束基帶信號,由FPGA完成每個波束的低旁瓣脈壓、干擾抑制、相參積累后,將FFT數據通過SRIO接口傳輸給多核DSP,由DSP完成恒虛警檢測、目標識別等處理后,將目標信息及當前CPI的控制指令報告給數據處理終端。

        信號處理單元的FPGA、DSP處理軟件設計成參數可編程,支持脈寬、重復周期、信號帶寬及波形、CPI脈沖數、檢測算法等參數捷變,由數據處理終端根據目標探測任務靈活調度雷達資源,實現最優目標探測和資源利用。

         一維相掃連續波雷達信號處理

        一維相掃寬帶線性調頻連續波雷達組成如圖5所示。信號處理單元產生1800MHz中頻150MHz帶寬線性調頻連續波信號(信號帶寬、時寬可根據需求確定),由頻綜接收機進行上變頻、濾波、功率放大后提供給發射組件;陣列天線的接收信號由2個子陣接收組件進行低噪聲放大、幅相加權、信號合成后輸出2路接收信號給頻綜接收機,頻綜接收機完成低噪聲放大、增益控制、混頻去斜后輸出兩個子陣的基帶I、Q信號;信號處理單元對基帶信號進行同步采樣、DBF處理生成和、差波束基帶信號,FPGA進行兩維FFT處理后,將各距離單元功率譜數據通過SRIO傳輸給DSP,DSP完成恒虛警檢測、高精度測速、目標識別等處理后,將目標信息及當前CPI的控制指令報告給數據處理終端。

        信號處理單元的FPGA、DSP處理軟件設計成參數可編程,支持信號時寬、信號帶寬、積累周期數、檢測算法等參數捷變,由數據處理終端根據目標探測任務靈活調度雷達資源,實現最優目標探測和資源利用。

        軟件資源

        5.1 FPGA及擴展資源測試程序

        5.2 DSP及擴展資源測試程序

        5.3 典型應用例程

        >> 如有任何問題和需求,歡迎咨詢我們:

         

        南京理工大學 電光學院

        電話:13913925243 李老師

        地址:南京市玄武區孝陵衛200號

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