基于FPGA的通用网络化雷达监控系统的设计与实现

摘要

雷达是由发射系统、接收系统、伺服系统、信号处理系统、监控系统以及终端计算机组成的复杂电子设备，其中监控系统是雷达的神经中枢，协调各个分系统的工作。监控系统主要有两大任务，即“监测”与“控制”。监测就是采集各分系统的工作状态以及故障状态信息，并将这些信息发送至终端计算机，以达到对各分系统监测的目的；控制就是接收终端计算机发出的控制指令，解析处理后实现对各分系统的控制。有时，监控系统肩负着将信号处理系统输出的高速雷达回波数据传输至终端计算机的任务。因此监控系统与各个分系统间的通信显得尤为重要。监控系统及时、可靠地处理与各分系统间通信的任务，是实现雷达实时性的重要因素，所以监控系统必须采用一种实时性强、可靠性高的通信方式-以太网通信。 本文介绍了两种以太网接口的设计方法。一种是基于Nios II软核处理器并在其中植入轻量级TCP/IP协议栈的方法。该方法灵活、简单，但数据传输速率最高只能达到3～5Mbps，仅能胜任数据率要求不高的故障/状态信息以及控制指令的传输，而不能满足传输高速雷达回波数据的要求。另一种是基于硬件TCP/IP协议栈芯片W5300的方法。该方法实现的以太网接口能达到43.5Mbps的传输速率，完全能够满足传输雷达回波数据的要求。 为了扩展雷达监控系统的通用性，本文设计并实现了一些常用的功能模块，如RS232串行通信接口模块、A/D采集模块以及温湿度采集模块。最终实现了即具有以太网通信能力又具有通用性的雷达监控系统，并介绍了两个具体的应用实例，经调试后，能够稳定、可靠地工作。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章绪论

1.1概述

1.1.1课题背景、目的

1.1.2国内外研究状况分析

1.2本论文的研究内容、拟解决的关键问题及创新之处

1.2.1研究内容

1.2.2本论文拟解决的关键问题

1.2.3本论文的创新之处

1.3论文组织结构

第二章FPGA设计流程及Nios Ⅱ系统简介

2.1 FPGA简介

2.1.1 FPGA开发流程介绍

2.1.2 FPGA开发环境Quartus Ⅱ简介

2.2 Nios Ⅱ系统介绍

2.2.1 Nios Ⅱ系统组成

2.2.2 Nios Ⅱ系统开发流程

2.2.3开发工具介绍

2.3本章小结

第三章TCP/IP协议栈及其实现方法的介绍

3.1 TCP/IP协议栈介绍

3.1.1 TCP/IP协议栈的分层结构

3.1.2网络数据的流向分析

3.1.3TCP/IP协议栈中重要协议简介

3.2以太网接口解决方案

3.3本章小结

第四章基于Nios Ⅱ软核的以太网接口设计

4.1系统结构描述

4.1.1物理层(PHY)芯片RTL8201BL简介

4.1.2 triple speed Ethernet IP核简介

4.2系统设计

4.2.1系统硬件设计

4.2.2系统软件设计

4.3系统仿真与测试

4.4本章小结

第五章基于硬件协议栈W5300的以太网接口设计

5.1 W5300介绍

5.1.1引脚说明

5.1.2寄存器描述

5.1.3功能描述

5.2系统硬件设计

5.3系统软件设计

5.3.1读写时序的实现

5.3.2软件流程描述

5.4系统仿真与测试

5.5本章小结

第六章雷达监控系统通用模块的实现

6.1串行通信接口模块(rs232)

6.1.1串行通信概述

6.1.2硬件设计

6.1.3软件设计

6.1.4 rs232模块功能测试

6.2多路A/D采样模块

6.2.1硬件设计

6.2.2软件设计

6.2.3抗干扰处理

6.2.4滑窗平均滤波算法以及实现

6.3温湿度采集模块

6.3.1温湿度传感器SHT75简介

6.3.2硬件设计

6.3.3软件设计

6.4本章小结

第七章整体实现与应用

7.1应用一(K/LLX720A)

7.1.1系统整体连接

7.1.2系统实现

7.2应用二(K/LLX511)

7.2.1系统整体连接

7.2.2系统实现

7.3本章小结

第八章课题总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表情况