数字阵雷达总体方案与高速数据传输的研究

摘要

宽带数字阵列雷达是目前相控阵雷达发展的一个重要趋势，由于其在雷达天线阵列中即完成数字数据与模拟信号之间的转换，使其完全成为了一个数字化的雷达。本文首先对数字阵雷达试验系统的总体结构进行了较为深入的研究。 由于宽带相控阵雷达的阵列处理控制设备之间需要传输相当高的数据量，传统传输设备已不能满足这样的要求，因此，利用光纤来完成数据的高速传输成为了解决当前问题的一个很好的办法。本文即是围绕着这个问题进行展开的。 本文主要完成了用于某宽带数字阵列雷达实验系统的数据光线传输与缓存模块的研究和开发工作。该模块位于雷达的控制处理端，主要接收由雷达阵列通过光纤传回的雷达回波数据。除了接收之外，还需对这些数据进行缓存，以便处理设备对回波数据进行处理和分析，因此其实物形式可以看作一个接收缓存板块。本传输与缓存模块是在基于CPCI总线的结构下进行开发的，其采用Altera的FPGA——EPlS20F780作为主控芯片；利用TI公司的TLK2501串并．并串(SerDes)芯片与SFP光模块接口构成了4路的光接收通道，可以实现1.5～2.5Gpbs的光纤数据的接收；采用SO-DIMM形式的内存接口，可以实现了最大1Gbyte的数据存储；使用PLX9054作为与PCI总线的接口芯片。 本文除了介绍该传输缓存模块的硬件设计之外，还重点研究了高速电路板设计。由于设计中涉及到了很多高速信号的传输，因此在PCB设计时需要从多个方面进行考虑，如地和电源的处理，信号线长度匹配，阻抗匹配等等。此外，本文还介绍了FPGA中各个接口控制模块的开发，以此实现对各个外围器件的控制。 本文所设计的数据光线传输与缓存模块实现了雷达回波数据的高速传输以及大容量缓存，使得雷达处理人员或设备能够更为灵活方便地对这些数据进行分析和处理。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外相关技术发展动态

1.2.1数字阵雷达发展动态

1.2.2光纤传输技术的发展现状

1.2.3数字逻辑和存储器件的发展现状

1.3本文的主要工作

第二章宽带数字阵列雷达试验系统方案研究

2.1宽带数字阵列雷达整机系统研究

2.2宽带数字阵列雷达试验系统的天线阵列方案研究

2.2.1数字T/R组件

2.2.2阵列控制器与子阵控制器

2.3雷达主控/处理器方案研究

2.3.1雷达显示控制板

2.3.2雷达主控板

2.3.3波形数据产生板

2.3.4接收数据缓存板

2.3.5雷达信号处理板

2.3.6千兆以太网卡与磁盘阵列接口板

第三章传输与缓存模块的系统设计

3.1概述

3.2系统方案的确定

3.3 CPCI总线技术

3.3.1 CPCI总线的结构和特点

3.3.2 CPCI总线接口

3.3.3 CPCI接口芯片选择

3.4 FPGA的发展及选型

3.4.1当前各厂家FPGA特点

3.4.2 FPGA的选型

3.4.3 Stratix系列FPGA简介

3.5 DDR SDRAM存储技术

3.5.1 DDR SDRAM简介

3.5.2 DDR SDRAM笔记本内存条接口

3.6高速SERDES芯片及光收发模块

3.6.1 SerDes芯片介绍及选型

3.6.2光收发模块简介及选型

第四章传输与缓存模块的硬件设计

4.1概述

4.2 FPGA硬件电路设计

4.2.1 FPGA引脚区域划分及通用I/O接口设计

4.2.2 FPGA电源设计

4.2.3 FPGA配置电路设计

4.3 SERDES芯片及光收发模块电路设计

4.3.1 SerDes芯片硬件电路设计

4.3.2 SFP光收发模块外围电路设计

4.3.3 SerDes芯片与SFP光收发模块接口设计

4.4 DDR SDRAM内存条接口电路设计

4.4.1 SO-DIMMM200插座电路的设计

4.4.2 DDR SDRAM的终端电源设计

4.5 CPCI电路设计

4.6系统电源设计

第五章传输与缓存模块的PCB设计

5.1 PCB板的结构设计

5.1.1 PCB板外形要求

5.1.2 PCB叠层设计

5.1.3器件布局

5.2高速信号线布线设计

5.2.1单端线布线设计及约束

5.2.2差分传输线设计

5.2.3阻抗匹配

第六章电路板调试及FPGA硬件语言程序设计

6.1电路板调试

6.1.1电源调试

6.1.2 FPGA电路的调试

6.1.3其它电路的调试

6.2光纤传输通道测试

6.2.1 TLK2501内部环路测试

6.2.2光纤通道外部环路测试

6.2.3光纤通道互发互收测试

6.3 FPGA硬件语言程序设计

6.3.1 DDR内存条控制模块设计

6.3.2 TLK2501接口模块

6.3.3 PLX9054接口模块

第七章结论和展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的研究成果