软件化雷达数据预处理及接口的FPGA设计

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现代雷达系统面临着日益复杂的探测环境,传统雷达信号处理平台难以满足现在对雷达的系统处理性能、研制效率以及灵活扩展性提出的更高要求。软件化雷达信号处理平台具有标准化、模块化和可灵活扩展的特点,可实现雷达系统的快速升级迭代和硬件平台扩展,并具有更高效的处理性能。同时,随着FPGA、DSP等嵌入式处理器以及总线技术的快速发展,雷达信号处理平台可以在高性能处理器和高速传输总线上拥有更多的选择。基于上述背景,本文围绕软件化雷达信号处理平台的搭建及其数据预处理和接口的FPGA实现技术展开了研究。首先,本文以实际工程项目为依托,搭建了基于OpenVPX标准的软件化雷达信号处理平台,并提出了该平台数据预处理及接口的整体设计框架。该平台搭载的数据接入板、高速交换板以及信号处理板用于雷达数据传输和处理,具备优良的处理性能和强大的高速数据交换能力,同时选用了支持多点传送的串行RapidIO(Serial RapidIO,SRIO)作为数据传输串行总线,为处理平台提供灵活的交换拓扑结构。基于OpenVPX标准总线通用性强、兼容性好的优势,该平台可搭载不同架构的处理板卡,凸显了软件化雷达其硬件可灵活拓展的特点。然后,本文对平台的数据通信接口进行了设计实现和测试。本文详细叙述了数据接入板光纤传输、SRIO传输和以太网传输的FPGA设计与实现,同时通过对CPS1848和88E6185交换芯片进行灵活配置,完成了 SRIO互连组网和以太网互连组网设计,并在平台上进行了传输验证,最终实现了高速稳定的光纤数据传输以及平台上SRIO设备间、以太网终端间的相互通信。其中,SRIO互连组网的每一组链路均采用4通道,实际最大数据带宽可达14.7Gbps,并可根据实际需求配置SRIO单播或组播模式,设计多种路由传输方案,满足不同的传输路由需求。最后,本文基于实际项目中雷达回波数据的接入处理需求,对数据接入板的FPGA功能进行了模块化设计。本文利用FPGA的GTH、FIFO和复数乘法器等IP核资源,分别设计了网络命令控制模块、数据预处理模块和SRIO组包模块,并对FPGA设计结果进行了时序优化和功能测试。测试结果表明,各个模块功能均满足预期方案需求。其中,上位机可以通过以太网对光纤通道数和线速率进行选择,并配置SRIO传输路由,数据预处理模块可以根据回波数据中的雷达工作模式等关键字信息,选择是否进行DBF处理,使整个设计具有很好的通用性,凸显出软件化雷达可程控的特点。
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