基于fpga的船舶導(dǎo)航雷達收發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶導(dǎo)航雷達收發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)方法，包括發(fā)射和接收兩方面。發(fā)射方面，提出一種基于FPGA的船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機控制方法，通過FPGA產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，經(jīng)過緩沖級電路和驅(qū)動電路后由脈沖變壓器將觸發(fā)脈沖提升為脈沖高壓供給磁控管，磁控管再以相應(yīng)的頻率發(fā)射雷達電磁波。接收方面，實現(xiàn)一種能與FPGA直接銜接的船舶導(dǎo)航雷達中頻數(shù)字化模塊，通過合理的電路布局和屏蔽結(jié)構(gòu)將對數(shù)放大器、緩沖級、模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路整合為一個模塊，該模塊能將雷達射頻接收機的模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出給FPGA，具有動態(tài)范圍大、靈敏度高、電路緊湊、調(diào)試簡單等優(yōu)點。收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法能夠使船舶導(dǎo)航雷達系統(tǒng)設(shè)計更加緊湊，實現(xiàn)更加容易，提高了雷達的性價比。
【專利說明】基于FPGA的船舶導(dǎo)航雷達收發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射和接收分系統(tǒng)領(lǐng)域，具 體是一種新穎而簡便的雷達脈沖信號發(fā)射和回波信號數(shù)字化接收的實現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷達被廣泛應(yīng)用于國防軍事、民航管制、地形測量、氣象、航海等眾多領(lǐng)域。在航 海方面，安裝于船舶上用于航行避讓、船舶定位、狹窄水道引航的雷達，即船舶導(dǎo)航雷達，又 稱航海雷達，當能見度低時，此類雷達能提供必需的觀察手段。船舶導(dǎo)航雷達一般工作于X 波段（8?12GHz)或S波段（2?4GHz)，少數(shù)工作于C波段（4?8GHz)或Ku波段（12? 18GHz)，脈沖發(fā)射功率一般在幾千瓦至幾十千瓦之間。
[0003] 目前船舶導(dǎo)航雷達在我國應(yīng)用廣泛，但出于市場和技術(shù)等方面的原因，國內(nèi)普遍 使用的船舶導(dǎo)航雷達還是國外八九十年代的產(chǎn)品，整個市場與國際水平嚴重脫節(jié)。國內(nèi)也 有許多單位在從事船舶導(dǎo)航雷達的研發(fā)工作，但由于系統(tǒng)設(shè)計、器件加工工藝以及算法實 現(xiàn)等方面還存在問題，最終推出的產(chǎn)品都不能完全代替國外產(chǎn)品，導(dǎo)致市場占有率很低。
[0004] 船舶導(dǎo)航雷達是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及諸多關(guān)鍵技術(shù)，其中技術(shù)難點主要集中在 天饋系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、信號處理等方面。
[0005] 在發(fā)射分系統(tǒng)方面，船舶導(dǎo)航雷達往往采用單脈沖體制，在近距離檔用窄脈沖，以 提高距離分辨力；在遠距離檔用寬脈沖，以增大作用距離。雷達發(fā)射機往往采用磁控管發(fā)射 機，在磁控管發(fā)射機之前接調(diào)制板和相關(guān)控制電路，與磁控管一同構(gòu)成發(fā)射分系統(tǒng)。目前民 用市場上廣泛使用的國外進口雷達均采用上述體制，多方面的調(diào)研也表明其他雷達生產(chǎn)廠 商在發(fā)射分系統(tǒng)的設(shè)計方面也與上述體制類似。
[0006] 目前國內(nèi)外船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射分系統(tǒng)中的調(diào)制板由諸多子電路構(gòu)成，主要包括脈 沖寬度轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路及剛性開關(guān)調(diào)制電路、充放電電路、頻帶寬度控制電路等。從相 關(guān)使用說明和技術(shù)維護手冊中的調(diào)制板原理圖可以發(fā)現(xiàn)，脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計比較復(fù) 雜，主要由厚膜集成電路和相關(guān)外圍電路構(gòu)成，雷達發(fā)射脈沖寬度主要由厚膜電路內(nèi)的電 容以及厚膜電路外的電阻決定，發(fā)射脈沖重復(fù)頻率和脈沖寬度的切換通過調(diào)制板上外接的 兩個端口取不同的邏輯值（0或1)來決定。上述的電路結(jié)構(gòu)會由于器件制造工藝以及使用 環(huán)境的變化而造成雷達發(fā)射脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率的不準確，降低了系統(tǒng)的可靠性，而且 完全硬件的構(gòu)成方式也導(dǎo)致該電路的可移植性和易調(diào)節(jié)性變差?；谏鲜霾蛔悖诖皩?dǎo) 航雷達發(fā)射分系統(tǒng)中，采用新的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機調(diào)制板上的脈沖寬度轉(zhuǎn) 換電路，提高整個發(fā)射分系統(tǒng)的簡潔性、可靠性、可移植和易調(diào)節(jié)性，顯得極具研究前景和 意義。
[0007] 在接收分系統(tǒng)方面，目前市場上有多種高性能的船舶導(dǎo)航雷達射頻接收前端，可 以將雷達天線接收到的混有噪聲和雜波的高頻雷達雷達回波，轉(zhuǎn)換為更便于處理的中頻信 號，但該中頻信號是具有很大動態(tài)范圍的功率信號，需將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，才能供AZD采 樣和之后的數(shù)字信號處理，實現(xiàn)中頻信號轉(zhuǎn)換的部分稱為中頻放大電路，射頻接收前端和 中頻放大電路共同構(gòu)成雷達接收分系統(tǒng)。目前民用市場上廣泛使用的國外進口雷達多采用 自動增益控制電路來實現(xiàn)中頻放大的功能，國內(nèi)也有相關(guān)專利涉及中頻放大和數(shù)字化接收 技術(shù)，如發(fā)明專利[1] [2]以及實用新型專利[3]，各自描述了自動增益控制電路，能夠擴大 功率信號調(diào)節(jié)的動態(tài)范圍，實現(xiàn)大動態(tài)范圍自動增益調(diào)節(jié)，可應(yīng)用于激光探測、信息通信領(lǐng) 域等；實用新型專利[4]公開了一種船舶導(dǎo)航雷達信號處理系統(tǒng)，結(jié)合模擬信號處理、模數(shù) 變換和數(shù)字信號處理進行雜波抑制后，系統(tǒng)可控性和抗干擾性能好，提高了雷達雜波干擾 抑制的可靠性。
[0008] 對于非相參體制的船舶導(dǎo)航雷達，在射頻接收前端之后采用自動增益控制電路雖 然能夠?qū)崿F(xiàn)大動態(tài)范圍工作，但是往往電路由多個模塊構(gòu)成，易受電磁干擾，并且電路復(fù) 雜，穩(wěn)定性較差。另外從相關(guān)雷達的使用說明和技術(shù)維護手冊中可以發(fā)現(xiàn)，目前中頻信號處 理電路中通常將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和大動態(tài)范圍中頻放大電路分開制板，電路之間通過電纜線 連接，但這種電路形式一方面會導(dǎo)致電路板占用的更大空間，不便于系統(tǒng)集成化，小型化； 另一方面，也會因外部干擾而影響整機靈敏度?；谝陨喜蛔?，在船舶導(dǎo)航雷達接收分系統(tǒng) 中，采用更為簡潔而緊湊的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)中頻放大和中頻數(shù)字化接收，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與集成 性，同樣顯得極具研究前景和實用意義。
[0009] [1] 一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路，申請?zhí)枺?00810226747. 3,發(fā) 明人：李虎明，張奇榮
[0010] [2] -種大動態(tài)范圍自動增益調(diào)節(jié)電路，申請?zhí)枺?01110004195. 3,發(fā)明人：高懷， 武文娟，郭瑜等
[0011] [3] -種大動態(tài)范圍自動增益調(diào)節(jié)電路，申請?zhí)枺?01120006119. 1，發(fā)明人：高懷， 武文娟，郭瑜等
[0012] [4]船舶導(dǎo)航雷達信號處理系統(tǒng)，申請?zhí)枺?01120500183. 5,發(fā)明人：陳杰波，竇興 川


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提出了一種基于FPGA的船舶導(dǎo)航雷達收發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)方法，該方法一方面 能夠提高雷達發(fā)射分系統(tǒng)的簡潔性、可靠性、可移植性和易調(diào)節(jié)性，另一方面可以使雷達接 收分系統(tǒng)構(gòu)成更加簡單，結(jié)構(gòu)更加緊湊，更好地與后續(xù)信號處理分系統(tǒng)銜接。
[0014] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0015] 發(fā)射分系統(tǒng)方面：提出一種基于FPGA的船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機控制方法，由FPGA控 制板、高壓產(chǎn)生電路和磁控管構(gòu)成，三個部分級聯(lián)構(gòu)成雷達發(fā)射機。所述高壓產(chǎn)生電路和磁 控管部分與傳統(tǒng)船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機相差不大，所述FPGA控制板以及用FPGA控制雷達發(fā) 射機的方法是本發(fā)明的核心部分。FPGA控制板取代了傳統(tǒng)雷達發(fā)射機調(diào)制板上的脈沖寬度 轉(zhuǎn)換電路，由該部分提供觸發(fā)脈沖信號，根據(jù)不同的雷達探測量程調(diào)制成相應(yīng)的脈沖寬度 和脈沖重復(fù)頻率，其中觸發(fā)脈沖的調(diào)制方式可以由軟件自由更改，各個量程對應(yīng)的脈沖寬 度和脈沖重復(fù)頻率可以通過與FPGA相連的按鍵快速切換。FPGA產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖經(jīng)過脈沖 變壓器提升為脈沖高壓供給磁控管，磁控管再以相應(yīng)的雷達工作頻率混頻后發(fā)射雷達電磁 波。
[0016] 接收分系統(tǒng)方面：實現(xiàn)一種能夠與FPGA直接銜接的船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中 頻數(shù)字化模塊，主要包括：將射頻接收前端輸出的大動態(tài)范圍的中頻信號進行放大和包絡(luò) 檢波的對數(shù)放大器電路，將所述對數(shù)放大器電路輸出的回波脈沖信號進行緩沖放大和電壓 調(diào)整的緩沖級電路，將所述緩沖級電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 將+5V電壓信號轉(zhuǎn)換成+3. 3V電壓信號的電壓轉(zhuǎn)換電路，用以降低電磁干擾的金屬屏蔽盒， 以及輸入輸出接口電路。
[0017] 上述的對數(shù)放大器電路由匹配網(wǎng)絡(luò)、對數(shù)放大器（帶包絡(luò)檢波功能）和電壓調(diào)整 電阻組成。
[0018] 上述的緩沖級電路為同相比例運算電路，包括軌對軌輸入/輸出單核高速運算放 大器和比例調(diào)整電阻。
[0019] 上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器及外圍電路組成。
[0020] 上述的電壓轉(zhuǎn)換電路由穩(wěn)壓系列集成芯片及濾波電容組成。
[0021] 上述的金屬屏蔽盒可由銅、鋁等常見金屬材料制成，內(nèi)部黏附吸波材料。
[0022] 上述的接口電路主要包括：中頻輸入SMA接口以及標準34針I(yè)/O接口電路
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 在雷達發(fā)射分系統(tǒng)方面，本發(fā)明采用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)磁控管雷達發(fā)射機調(diào)制板中 的脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路，通過數(shù)字電路的方式控制雷達發(fā)射脈沖的脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻 率，使雷達發(fā)射分系統(tǒng)的設(shè)計大大簡化，發(fā)射機工作性能大幅度提高，（由FPGA提供的觸 發(fā)脈沖，脈沖上升沿和下降沿寬度小于l〇ns，脈沖寬度誤差小于20ns，不同脈沖寬度和脈 沖重復(fù)頻率調(diào)節(jié)響應(yīng)速度優(yōu)于15ms)，工作可靠性提高（在對控制電路加適當保護措施情 況下，發(fā)射機工作狀態(tài)不易受使用環(huán)境影響），控制部分可移植性和易調(diào)節(jié)性增強（控制參 數(shù)主要由Verilog HDL軟件程序?qū)崿F(xiàn)，便于在不改變硬件電路的條件下調(diào)整發(fā)射機工作參 數(shù)）。
[0025] 在雷達接收分系統(tǒng)方面，本發(fā)明提出了中頻數(shù)字化模塊的概念，模塊針對船舶導(dǎo) 航雷達信號的特點，用對數(shù)放大器替代自動增益控制（AGC)電路，通過使用集成芯片，提高 電路的穩(wěn)定性。對模塊進行合理的電路布局，并在對數(shù)放大器電路以及緩沖級電路外圍空 間安裝接地金屬屏蔽盒以減少外圍干擾。該模塊能夠?qū)⑻幚砗蟮陌j(luò)信號直接進行采樣并 通過接口將數(shù)據(jù)以二進制數(shù)的格式存儲在FPGA的RAM中，便于FPGA在雷達信號后期的累 積、背景對消以及雜波抑制等處理時進行調(diào)用。
[0026] 模塊上的標準34針I(yè)/O接口與雷達主控制器外圍接口兼容，通過I/O 口串行通信 總線和時鐘控制信號直接和主控制器連接，可作為插件直接與后級的FPGA主控芯片相連， 便于程序測試修改以及實驗調(diào)整。該模塊還具有擴展性，為進一步減少接收前端諧波的影 響，可放置一枚高性能聲表面濾波器和固定增益放大器，提高系統(tǒng)接收靈敏度。
[0027] 綜合收發(fā)兩個發(fā)面，本發(fā)明能夠使整個船舶導(dǎo)航雷達系統(tǒng)的設(shè)計更加緊湊，實現(xiàn) 更加容易，因為FPGA可以整個雷達系統(tǒng)的主控芯片，既可以用于發(fā)射機的控制，也可以用 于接收機信號的數(shù)字化和存儲，又可以用于整機時序的控制，還可以用于伺服系統(tǒng)的控制， 更能夠作為信號處理和顯示部分的核心。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機原理圖
[0029] 圖2是FPGA產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的程序原理圖
[0030] 圖3是具體電路實現(xiàn)的電路原理圖
[0031] 圖4是FPGA控制板產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖圖
[0032] 圖5是船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊電路結(jié)構(gòu)框圖
[0033] 圖6是船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊PCB版圖
[0034] 圖7是船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊電路原理圖
[0035] 圖8是金屬屏蔽盒與接口安裝位置示意圖
[0036] 圖9是船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊測試結(jié)果示意圖

【具體實施方式】
[0037] 參照圖1，其中①所指的FPGA控制板和②所指的緩沖級電路兩部分是本發(fā)明提出 的基于FPGA的雷達發(fā)射機控制方法的核心。圖1所示的雷達發(fā)射機采用FET (場效應(yīng)管） 為開關(guān)控制的剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器，配以1 : 16脈沖變壓器，使整個調(diào)制器工作在低壓狀 態(tài)。當磁控管不工作時，高壓通過電阻R加到電容C上，當觸發(fā)脈沖作用于M0S-FET時，激 勵磁控管振蕩。以上部分與傳統(tǒng)雷達發(fā)射機使用的方法類似，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之 處在于采用了 FPGA作為觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生裝置，觸發(fā)脈沖經(jīng)過一個緩沖級后再通過驅(qū)動電 路加到開關(guān)管上，控制開關(guān)管的通斷。
[0038] 參照圖2,該圖描述了下載并固化到FPGA中的程序的基本構(gòu)成，各個模塊可以通 過硬件描述語言來實現(xiàn)。FPGA產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的程序主要由圖中的幾個功能模塊組成，圖中 各個模塊均可以由Veri log HDL或者VHDL硬件描述語言編寫并實例化形成，本發(fā)明實施時 使用Verilog HDL編寫程序。圖中按鍵檢測模塊和按鍵消抖模塊能夠準確檢測按鍵對應(yīng)的 I/O 口電平的變化，并輸出到按鍵控制模塊，按鍵控制模塊協(xié)調(diào)三個按鍵的信號，使每個按 鍵驅(qū)動一種脈沖調(diào)制模塊，并保證三種脈沖調(diào)制模塊的工作狀態(tài)能夠通過按鍵自由切換， 三種脈沖調(diào)制模塊的輸出均接到輸出控制模塊，該模塊能夠判斷當前情況下哪個脈沖調(diào)制 模塊正在工作并將正在工作的脈沖調(diào)制模塊產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖通過FPGA的I/O 口輸出。
[0039] 圖2中的三個按鍵連接與FPGA的I/O 口相連，主要用于雷達在不同探測量程之 間切換，也可以根據(jù)實際的距離檔位數(shù)量增加或減少按鍵個數(shù)。除了用于切換擋位的按鍵 之外，還可以在FPGA上加一個復(fù)位按鍵，當復(fù)位按鍵按下，三個脈沖調(diào)制模塊都停止工作， 整個電路無觸發(fā)脈沖輸出。由FPGA芯片輸出的觸發(fā)脈沖先經(jīng)過一個緩沖級，緩沖級主要起 到保護FPGA的作用，該緩沖級可以由非門構(gòu)成（可選用74LS04)，值得注意的是，在選用非 門做緩沖級情況下，F(xiàn)PGA需產(chǎn)生負脈沖作為驅(qū)動，這樣通過非門之后變?yōu)檎}沖加到高壓 產(chǎn)生電路中。當然也可選用光耦隔離電路等其他的電路形式，若用其他形式的緩沖電路， FPGA需直接產(chǎn)生正脈沖。正負脈沖的產(chǎn)生主要取決于程序的輸出端口是否添加反相器， 實際中可以通過修改程序輕松實現(xiàn)。緩沖級之后再經(jīng)過一個由兩個三極管（SA1244-Y和 SC3074-Y)組成的互補放大電路后加到開關(guān)管，詳細電路如圖3所示，圖3中①即對應(yīng)于圖 1中①所指的FPGA控制板，②即對應(yīng)于圖1中②所指的緩沖級電路。
[0040] 參照圖4,該圖展示了 FPGA控制板產(chǎn)生的實際觸發(fā)脈沖圖。其中（a)是觸發(fā) 脈沖整體效果圖；(b)是近量程條件下的觸發(fā)脈沖，此時的脈沖寬度為80ns，脈沖重復(fù)頻 率為2000Hz ;(c)是中量程條件下的觸發(fā)脈沖，此時的脈沖寬度為400ns，脈沖重復(fù)頻率 為1000Hz，（d)是遠量程條件下的觸發(fā)脈沖，此時的脈沖寬度為800ns，脈沖重復(fù)頻率為 500Hz。由圖可見，F(xiàn)PGA產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖性能優(yōu)越。
[0041] 參照圖5,船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍數(shù)字化中頻模塊主要由對數(shù)放大器電路①、緩 沖級電路②、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路③以及SMA接頭⑤構(gòu)成的回路實現(xiàn)，電壓轉(zhuǎn)換電路④為電路③ 提供所需的工作電壓。為了方便FPGA等處理器對信號進行后續(xù)處理，標準34針I(yè)/O接口 作為串行通信總線和時鐘控制信號的接口電路直接將數(shù)據(jù)存儲在RAM中。此外，接口⑥實 現(xiàn)"板上取電"功能，為本模塊中電路①②提供所需的工作電壓。
[0042] 參照圖6,該圖為船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍數(shù)字化中頻模塊的電路原理圖。圖中對 數(shù)放大器電路與圖5中的①相對應(yīng)，由輸入LC匹配網(wǎng)絡(luò)（L1、C1、C2)、帶包絡(luò)檢波功能的對 數(shù)放大器U1以及輸入電壓調(diào)整電阻R2組成（可選用AD8307作為對數(shù)放大器）。緩沖級電 路與圖5中的②相對應(yīng)，該部分為同相比例運算電路，由軌對軌輸入/輸出單核高速運算放 大器U2和比例調(diào)整電阻R3和R4組成（可選用AD8031作為運算放大器）。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 與圖5中的③相對應(yīng)，該部分電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3及濾波、去耦電容（C8?C13)組成（可 選用AD9280作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。電壓轉(zhuǎn)換電路與圖5中的④相對應(yīng)，由穩(wěn)壓系列集成芯片 U4及濾波電容EC1組成（可選用AMS1117系列芯片作穩(wěn)壓芯片）。標準34針I(yè)/O接口與 圖5中的⑥所示I/O相對應(yīng)，該模塊中數(shù)字地DGND與模擬地GND通過0 Ω電阻R5連接。
[0043] 參照圖7,該圖為船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊的PCB版圖。上述電路 可安裝于FR-4等基板上，基板厚度0· 6mm-l. 6mm。印刷電路板的整體尺寸為75mm*50mm，中 頻輸入SMA接口安裝于版圖左側(cè)⑤所示位置，便于與射頻接收前端連接，對數(shù)放大器電路、 緩沖級電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路分別安依次裝于版圖中①②③④所示的位置，圖 中⑥為標準34針I(yè)/O接口的安裝位置，⑦為金屬屏蔽盒的安裝位置，⑧為固定用的螺絲孔。 版圖其余區(qū)域大面積敷銅，并通過若干過孔與地板連接，保證版圖邊緣敷銅區(qū)域良好接地， 可減少電磁干擾對本模塊的影響。
[0044] 參照圖8,該圖展示了船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊的金屬屏蔽盒與 接口安裝后的實物效果圖。圖中①即為金屬屏蔽盒，該屏蔽盒由銅、鋁等常見金屬材料制 成，內(nèi)部黏附吸波材料，金屬外殼與電路板上層預(yù)留焊盤焊接或固定以實現(xiàn)良好接地。金屬 屏蔽盒覆蓋尺寸為40mm*35mm*3mm，覆蓋圖5所述的對數(shù)放大器電路和緩沖級電路。屏蔽盒 可以減少空間電磁干擾以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中時鐘控制信號對對數(shù)放大器電路的串擾，降低 中頻信號的基底噪聲，提高整機靈敏度。圖中②為SMA接頭的安裝效果。
[0045] 參照圖9,該圖為船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊的測試結(jié)果示意圖，圖 中第1行顯示為經(jīng)中頻放大和采樣之后雷達回波的包絡(luò)，第2?9行顯示為包絡(luò)中每個點 對應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)。圖（a)為輸入平均功率較大時，F(xiàn)PGA采樣效果。圖（b)為輸入平均功率 中等時，F(xiàn)PGA采樣效果。圖（c)為輸入平均功率微弱時，F(xiàn)PGA采樣效果。測試結(jié)果表明， 本模塊測試效果與預(yù)期一致，實現(xiàn)了大動態(tài)范圍穩(wěn)定工作。（注：測試時，為了模擬雷達回 波信號，輸入信號為60MHz正弦波調(diào)制的脈沖信號，脈沖信號重復(fù)頻率為2kHz，占空比為 0. 16%〇)
[0046] 本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 基于FPGA的船舶導(dǎo)航雷達收發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)方法，包括發(fā)射分系統(tǒng)中的基于FPGA的船 舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機控制方法和接收分系統(tǒng)中的一種船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化 模塊。
2. 基于FPGA的船舶導(dǎo)航雷達發(fā)射機控制方法，包括FPGA控制電路，緩沖級電路，驅(qū)動 電路，脈沖高壓產(chǎn)生電路，其特征在于：通過FPGA控制電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并通過與FPGA相 連的按鍵控制不同參數(shù)的脈沖輸出，再通過緩沖級電路、驅(qū)動電路以及脈沖高壓產(chǎn)生電路 將觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換為脈沖高壓，從而驅(qū)動磁控管發(fā)射雷達電磁波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的船用雷達發(fā)射機控制方法，其特征在于：所屬的 控制方法是利用FPGA作為觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生和控制裝置，通過Verilog HDL或者VHDL硬件 描述語言編寫脈沖產(chǎn)生程序和控制程序，產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖由FPGA的輸入/輸出接口輸出， 外部控制信號由FPGA的輸入/輸出接口輸入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的船用雷達發(fā)射機控制方法，其特征在于：所述的 緩沖級電路位于FPGA和驅(qū)動電路之間，由非門或者光耦隔離電路構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的船用雷達發(fā)射機控制方法，其特征在于：所述的 驅(qū)動電路是由兩個三極管組成的互補放大電路，用于將FPGA產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖放大，以驅(qū)動 后級的開關(guān)管。
6. 船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊，其特征在于：包括將射頻接收前端輸出 的大動態(tài)中頻電壓信號進行放大和包絡(luò)檢波的對數(shù)放大器電路，將所述對數(shù)放大器電路輸 出的回波脈沖信號進行緩沖放大和電壓調(diào)整的緩沖級電路，將所述緩沖級電路輸出的模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將+5V電壓信號轉(zhuǎn)換成+3. 3V電壓信號的電壓轉(zhuǎn)換 電路，輸入輸出接口電路，以及用以降低電磁干擾的金屬屏蔽盒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶導(dǎo)航雷達大動態(tài)范圍中頻數(shù)字化模塊，其特征在于：所 述的對數(shù)放大器電路由匹配網(wǎng)絡(luò)、對數(shù)放大器（帶包絡(luò)檢波功能）和電壓調(diào)整電阻組成。所 述的緩沖級電路為同相比例運算電路，包括軌對軌輸入/輸出單核高速運算放大器和比例 調(diào)整電阻。所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器及外圍電路組成。所述的電壓轉(zhuǎn)換 電路由穩(wěn)壓系列集成芯片及濾波電容組成。所述的金屬屏蔽盒可由銅、鋁等常見金屬材料 制成，內(nèi)部黏附吸波材料。所述的接口電路主要包括：中頻輸入SMA接口以及標準34針1/ 〇接口電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶雷達大動態(tài)范圍射頻接收前端模塊，其特征在于：各電 路集成于同一印刷電路板，金屬屏蔽盒安裝于所述印刷電路板，且各部件均可獨立更換。
【文檔編號】G01S7/34GK104215940SQ201310211006
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】葛俊祥, 魯建彬, 潘安, 馬志強, 李家強 申請人:南京信大電子科技有限公司