基于FPGA+PC104的数据处理系统设计与实现

文章摘要：摘要：针对船舶防碰撞系统研制的需要,本文研究、设计一种基于船载导航雷达的新型防碰撞报警系统,该系统充分利用现代最新发展的大规模集成电路技术和数字处理技术,将FPGA和PC/104相结合。对雷达原始信号进行采样、检测、及处理,从而实现对雷达目标的实时监测,并对危险目标进行自主式报警。0 引言雷达目标检测与信息录取是雷达系统与雷达信号处理系统的重要组成部分，超大规模集 成电路的发展，特别是高性能的信号处理器（DSP）架构的提升和大规模可编程逻辑器件的 出现，为雷达信号数字化处理带来了新的突破。在高速数据采集方面，目前流行的方式是采 用高速A/D 转换器件，主要的优点是信号精确度高，但高精度的同时不

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　　摘要：针对船舶防碰撞系统研制的需要,本文研究、设计一种基于船载导航雷达的新型防碰撞报警系统,该系统充分利用现代最新发展的大规模集成电路技术和数字处理技术,将FPGA和PC/104相结合。对雷达原始信号进行采样、检测、及处理,从而实现对雷达目标的实时监测,并对危险目标进行自主式报警。

　　0 引言

　　雷达目标检测与信息录取是雷达系统与雷达信号处理系统的重要组成部分，超大规模集 成电路的发展，特别是高性能的信号处理器（DSP）架构的提升和大规模可编程逻辑器件的 出现，为雷达信号数字化处理带来了新的突破。在高速数据采集方面，目前流行的方式是采 用高速A/D 转换器件，主要的优点是信号精确度高，但高精度的同时不可避免的带来了大 量实时数据流，对后端的信号处理系统将提出严格的要求，本系统采用了目标信号前言采集 的方式，与A/D 采集相比本方法虽然存在一定的采集精度差异，但该方法的数据采集量相 较前者有非常显著减少。本文利用现代最新发展的大规模集成电路技术和数字处理技术，将 FPGA 和PC/104 相结合实现对原雷达原始信号的采集与处理。

　　1 系统总体设计方案

　　本文设计了一种基于船载导航雷达的船舶防碰撞系统。通过对原雷达的适应性改装，为 雷达增加目标威胁度*判单元，提高雷达对目标的自动识别能力，系统通过实时监视全方位 的目标并计算运动参数以确定目标威胁等级，当检测到危险目标时，输出报警信号。该系统 实现了对原雷达的功能的延伸与扩展。系统的组成框图如图1 所示。

　　图1 系统组成框图

　　系统主要由数据实时采集模拟电路单元模块、信息采集数字电路单元、RAM 存储单元、 目标航迹处理分系统等组成。数据采集模块通过引入探测雷达的船首信号、角度信号与距离 探测信号，对雷达视频回波信号进行同步采集，在本系统中采用了目标前言采集；FPGA 内 部通过软件设计主要完成对采集到的信号进行门限检测角度、距离坐标定位形成雷达点迹数据；存储模块主要完成对录取的目标坐标信息的实时存储，由于该系统数据采集部分的数据 量并不大，故该存储模块则可以直接在FPGA 内部实现，不需要外接存储设备。数据处理 分系统通过对点迹数据进行目标识别、目标跟踪处理获得目标航迹，并计算目标航迹参数， 根据所设定的参数对目标威胁度进行动态*判，并输出报警信号。

　　2 系统主要工作过程

　　系统的基本处理过程如下图2 所示 视频信号展宽、放大：输入视频信号为未经任何处理的雷达信号，由于发射脉冲宽度为 0.8μs，实际回波的脉冲宽度在1～2μs 水平（由于接收机的通带特性和目标纵深引起），为 保证抽样不会漏信号，可考虑展宽到2μs 以上，输入视频信号的幅度在0.5V 左右的水平， 可通过放大使之便于信号处理（3V 左右）。

　　图2 系统主要工作过程

　　同步整形：对输入的探测信号和船首信号进行整形，使其幅度、宽度、脉冲形状符合信 号处理要求；门限电路：根据输入的门限设定值（预设可调量），在输入视频信号（前言） 超过门限而且满足一定宽度（预设可调量）时，输出一个计数控制信号到计数器1；计数器 1 将计数控制信号输出到计数器2，同时开始计数，计数频率为5MHZ。在计到宽度限定值(预 设可调量)之前，如果有新的计数控制信号输入，重新开始计数，但不向计数器2 输出；计 数器2 在距离起始脉冲到达时开始计数，计数的频率为5MHZ，每输入一个计数控制信号， 它输出当前计数值作为目标距离数据到缓存器；计数器3 用于角度信号计数，开始标志为探 测雷达船首信号，每到达一个角度信号脉冲，计数一次，并将数据写入RAM 存储器，作为方 位计数值。

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