雷達(dá)視頻信號模擬器的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1 引言

雷達(dá)信號模擬技術(shù)根據(jù)信號注入點(diǎn)不同分為射頻信號模擬、中頻信號模擬、視頻信號模擬。信號注入點(diǎn)位置越靠前，模擬越復(fù)雜，越接近現(xiàn)實(shí)；信號注入點(diǎn)位置越靠后，模擬越容易，逼真程度越低。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇不同的模擬方法。目前，視頻信號模擬器多采用PC機(jī)+DSP組合架構(gòu)。PC機(jī)離線產(chǎn)生所需的雜波、噪聲等數(shù)據(jù)，模擬器工作時，通過PCI接口或USB接口，將預(yù)先產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由PC機(jī)實(shí)時傳輸至硬件電路指定的存儲空間。DSP調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)實(shí)時運(yùn)算生成視頻數(shù)據(jù)并存入輸出緩存，最終在同步信號的觸發(fā)下，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換，生成視頻信號。

單片容量為4 G字節(jié)的Flash存儲器可為存儲雷達(dá)視頻模擬過程中所需的大量背景雜波數(shù)據(jù)提供了硬件基礎(chǔ)，而且Flash峰值讀寫速度達(dá)到40 M字節(jié)，能夠滿足大多數(shù)視頻模擬數(shù)據(jù)的吞吐量要求。這里的視頻信號模擬器正是基于這一條件設(shè)計的，整個系統(tǒng)使用PC機(jī)+DSP組合架構(gòu)，但在視頻模擬過程中不再從PC機(jī)實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)至硬件存儲單元，而是在生成視頻信號前，將預(yù)先產(chǎn)生的大量雜波、噪聲數(shù)據(jù)下載至硬件電路的Flash存儲器中，并在生成視頻信號的過程中，從Flash中讀取雜波、噪聲及目標(biāo)參數(shù)。然后經(jīng)DSP運(yùn)算產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)，最終經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器生成視頻信號。

這里提出的視頻回波模擬器可模擬某型導(dǎo)引頭雷達(dá)系統(tǒng)中的輸出、生成和差3個通道共6路視頻信號，用來調(diào)試對應(yīng)的雷達(dá)信號處理器。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該模擬器采用板卡式結(jié)構(gòu)，由一塊主控卡、三塊視頻信號卡(每塊信號卡兩路，包括和差、俯仰及方位I，Q共6路信號)和一塊高速背板總線組成。主控卡與PC機(jī)通過USB接口通信，并通過同步串口與信號處理器通信，另外將信號處理器的PRT同步信號、搜索／跟蹤等同步信號接入背板總線。視頻信號卡根據(jù)上位機(jī)生成的雜波數(shù)據(jù)目標(biāo)參數(shù)、航跡數(shù)據(jù)。生成視頻信號。為保證各路信號的一致性，所有視頻信號卡采用相同的PCB設(shè)計；整個背板總線包含并行總線和LVDS總線兩部分。前者用于傳遞同步信號及各卡的電源，后者作為命令、地址及數(shù)據(jù)傳輸路徑。圖1給出該模擬器的硬件框圖及其與雷達(dá)信號處理器的連接。電源卡用于給整個系統(tǒng)供電。

2.1主控卡

圖2給出主控卡的原理框圖。該卡以FPCA為中心控制單元，使用USB接口器件與上位機(jī)通信。FPGA控制USB單片機(jī)及LVDS收發(fā)器將上位機(jī)指令、地址及數(shù)據(jù)通過背板總線傳輸至視頻信號卡。另外，F(xiàn)PGA在其內(nèi)部開辟緩存空間，通過USB接收上位機(jī)發(fā)送信號處理器的指令，通過同步串口將其轉(zhuǎn)為差分信號并發(fā)送至信號處理器。另外，信號處理器反饋至其相應(yīng)的狀態(tài)信息，通過FPGA控制USB單片機(jī)上傳至上位機(jī)，實(shí)時顯示。

2.2背板總線