基于SCSI磁盘阵列的雷达波形产生器

摘要

本文采用现代SCSI磁盘阵列技术，开发出基于FPGA的雷达波形产生器，该波形产生器能产生80M带宽的任意雷达波形，并能模拟目标回波信号、杂波信号、回波信号。 在大容量存储方面，传统的普通硬盘已不能满足高速实时系统存储的要求。如IDE硬盘的传输速率只能达到每秒100MB或133MB，SATA Ⅱ的传输率最高为300MB/s。本文研究的波形产生器采用SCSI硬盘作为存储设备，SCSI硬盘的Ultra320 SCSI传输模式的传输速率可以达到320MB/s，连续传输速率可以达到40MB/s，并且易于扩展，可同时并联多个硬盘组成磁盘阵列，使其存储速度成倍提高，满足了现代雷达波形产生器所需的高速大容量传输存储的需求。 波形产生器以FPGA为核心，SCSI磁盘阵列存储波形数据，通过DMA通道将波形数据传输给DDS，产生相应的波形。最初的波形数据由PC机产生，通过USB通道传输给FPGA的FLASH，由FPGA将波形数据写入SCSI磁盘阵列。 本文的主要工作如下： 1.深入研究雷达波形产生的基本理论，阐述了目标回波、相干视频回波、杂波、噪声的模拟方法以及频率合成技术的相关理论； 2.通过比较现有的各种大容量存储设备，根据系统的实际要求，确立了以SCSI磁盘阵列为核心存储设备： 3.基于Quartus平台，完成了SCSI磁盘阵列的控制通道、DMA数据通道的设计，通过调用USB模块的动态链接库，实现了PC机与FPGA间的通信； 4.完成了基于nios Ⅱ的DDS控制通道设计，并通过在Quartus下自行搭建模块，完成了DDS数据通道设计； 5.完成了系统的软硬件调试，测试结果表明，系统功能达到了预定目标、运行稳定可靠； 6.完成了波形产生器在船舶通信导航雷达中的应用。分析了相关实现方案，通过解剖RA772船舶导航雷达的结构和功能，提出了基于波形产生器为核心的新导航雷达设计方案；

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2国内外技术发展现状

1.3本文完成的主要工作

1.4论文结构安排

第二章雷达波形产生基本理论

2.1常见的雷达信号波形

2.1.1均匀脉冲串信号

2.1.2线性调频信号

2.1.3相位编码信号

2.2目标回波的模拟

2.2.1目标回波信号模型

2.2.2目标幅度起伏模型

2.2.3目标受天线方向图调制

2.3相干视频回波信号模拟

2.4杂波模拟

2.4.1杂波后向散射系数模型

2.4.2杂波统计模型

2.5噪声模拟

2.6频率合成技术

2.6.1直接数字频率合成器原理简介

2.6.2DDWS与DDFS的特点

第三章波形存储设备分析

3.1常用存储设备的特点

3.1.1 IDE硬盘

3.1.2 SATA硬盘

3.2 SCSI磁盘阵列特点

3.2.1 SCSI硬盘的产生发展

3.2.2 SCSI硬盘的特点

第四章波形产生器的设计与实现

4.1系统设计目标：

4.2系统方案选取

4.2.1 PC机

4.2.2主控模块

4.2.3 SCSI磁盘阵列

4.2.4 DDS模块

4.3系统实现

4.3.1系统时钟模块

4.3.2 NIOSⅡ平台的搭建

4.3.3 SCSI控制通道设计

4.3.4 DMA数据通道设计

4.3.5 DDS控制通道设计

4.3.6 DDS数据通道设计

4.3.7 PC机端软件设计

第五章系统测试结果分析

5.1性能指标

5.2测试工具与方法

5.3 SCSI控制通道检测

5.3.1控制通道写模块检测

5.3.2控制通道读模块检测

5.4 DMA数据通道检测

5.4.1DMA数据通道写模块检测

5.4.2 DMA数据通道读模块检测

5.5 DDS控制通道测试

5.5.1 DDS控制通道写测试

5.5.2 DDS控制通道读测试

5.6 DDS数据通道测试

5.7 DDS输出波形测试。

5.7.1单频信号测试

5.7.2线性调频信号的测试

5.8测试结果分析

5.9系统实物照片

第六章波形产生器在船舶导航雷达中的应用

6.1 RA772船舶导航雷达结构解剖

6.1.1 RA772雷达综述：

6.2原RA772雷达设计方案：

6.2.1 RA772结构

6.3应用波形产生器的新方案

6.3.1射频电磁波产生流程

6.3.2雷达回波的显示

6.3.3改造后新增组件

6.4新方案优点介绍

第七章结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果