一种基于光纤通信的船用数字雷达系统及其信号传输方法

摘要

本发明公开了一种基于光纤通信的船用数字雷达系统及其信号传输方法，雷达系统包括雷达收发机功能设备、雷达信号显示设备和分布式供电设备，雷达收发机功能设备通过雷达天线发射用于雷达扫描的微波信号并接收雷达回波信号，雷达信号显示设备用于显示雷达视频信息，雷达收发机功能设备和雷达信号显示设备之间通过双光纤通信模式进行双向信号传输。信号传输方法为：步骤一、通过雷达收发机功能设备获取雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给雷达信号显示设备；步骤二、通过雷达信号显示设备设置控制信号，并将控信号传输给雷达收发机功能设备。本发明具有布线容易、抗干扰能力强、图像质量高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字雷达系统，尤其是涉及一种基于光纤通信的数字雷达系统，本发明 还涉及一种基于光纤通信的数字雷达系统的信号传输方法。

背景技术

我国有着漫长的海岸线、众多的内河湖泊，与之对应的就是庞大的运输船队、远洋船只、 渔船、军事舰艇等各类船舶。在各类船舶的运行中，雷达以及与雷达配套使用的外围设备是 常需设备，其为船员随时掌握船舶周围环境状况，提高航行安全提供了重要保障。目前的船 用数字雷达主要采用铜轴电缆传输视频信息，各类外围设备与雷达之间的同步信号也以线缆 形式传输。由于传输信号的线缆要求线径较粗，但其信号传输距离较短，这就造成了布线难 度较大、成本相对较高。另外，以铜轴电缆等线缆形式传输信号也存在着图像质量差、传输 频带窄等缺点，在各种微波信息大量存在的情况下，在信号传输过程中很容易受到干扰。因 此，如何避免电磁干扰、提高图像质量是以铜轴电缆进行信号传输需要解决的另一个技术问 题，这同样会使布线难度加大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤通信的船用数字雷达系统及其信号传输方法，雷达系 统具有实施方便、布线容易、抗干扰能力强、图像质量高的优点，其信号传输方法具有安全 可靠、执行效率高的特点。

为解决现有技术中采用线缆进行信号传输的雷达系统存在布线难度大、信号传输距离短、 容易受电磁干扰、图像质量差的技术问题，本发明提供了一种基于光纤通信的船用数字雷达 系统及其信号传输方法，基于光纤通信的船用数字雷达系统包括雷达收发机功能设备、雷达 信号显示设备和分布式供电设备，雷达收发机功能设备通过雷达天线发射用于雷达扫描的微 波信号并接收雷达回波信号，雷达信号显示设备用于显示雷达视频信息，分布式供电设备用 于对雷达收发机功能设备和雷达信号显示设备进行供电，其中雷达收发机功能设备和雷达信 号显示设备之间通过双光纤通信模式进行双向信号传输。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，其中，雷达收发机功能设备 包括雷达收发机单元、信号处理单元和第一光纤通信单元，

雷达收发机单元将雷达回波信号处理成雷达中频信号，并将雷达中频信号传输给信号处 理单元，

信号处理单元将雷达中频信号处理成雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给第一光纤 通信单元，

第一光纤通信单元将雷达数字信号传输给雷达信号显示设备；同时第一光纤通信单元接 收雷达信号显示设备传来的控制信号，并将控制信号传输给信号处理单元，

信号处理单元对控制信号进行处理后传输给雷达收发机单元，

雷达收发机单元根据雷达信号显示设备的控制信号进行工作。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，其中，雷达收发机单元设有 脉冲序列发生器、射频源、第一混频器、双工机、本地振荡器、第二混频器、第三混频器、 中频放大器，

脉冲序列发生器产生的脉冲信号和射频源产生的射频信号经过第一混频器进行混频处理 后得到用于雷达扫描的微波信号，微波信号依次传输给双工机和天线并进行发射，

本地振荡器产生的时钟脉冲信号和射频源产生的射频信号经过第二混频器进行混频处理 得到第一混频信号，并将第一混频信号传输给第三混频器，同时通过天线接收得到的雷达回 波信号经过双工机也传输给第三混频器；第一混频信号和雷达回波信号经第三混频器进行混 频处理后得到第二混频信号，并将第二混频信号传输给中频放大器，

中频放大器对第二混频信号进行放大处理后得到雷达中频信号，并将雷达中频信号传输 给信号处理单元。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，其中，信号处理单元设有AD 转换模块、FPGA模块和数字处理模块，

AD转换模块对雷达收发机单元传来的雷达中频信号进行模数转换得到雷达数字信号， 并将雷达数字信号传输给FPGA模块，

FPGA模块将雷达数字信号存入SDRAM缓存，并由数字处理模块对存入SDRAM缓存 的雷达数字信号进行坐标量程转换，

FPGA模块将进行坐标量程转换后的雷达数字信号传输给第一光纤通信单元。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，其中，第一光纤通信单元设 有第一接收模块和第一发送模块，第一接收模块采用CY7B933，第一发送模块采用CY7B923， 第一接收模块用于接收从雷达信号显示设备发来的控制信号，第一发送模块用于向雷达信号 显示设备发送雷达数字信号。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，其中，雷达信号显示设备包 括第二光纤通信单元和信号显示单元，

第二光纤通信单元设有第二接收模块和第二发送模块，第二接收模块采用CY7B933，第 二发送模块采用CY7B923，信号显示单元(05)设有ARM模块和LED显示及参数设置模块，

第二接收模块接收雷达发收机功能设备传来的雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给 ARM模块，ARM模块对雷达数字信号进行处理后将信号传输给LED显示及按键设置模块，

LED显示及参数设置模块用于显示雷达视频信息并根据需要设置控制参数，并将产生的 控制信号传输给ARM模块，

ARM模块对控制信号进行处理后传输给第二发送模块，由第二发送模块将控制信号传输 给雷达收发机功能设备。

本发明还提供了一种基于光纤通信的船用数字雷达系统的信号传输方法，包括以下步骤：

步骤一、通过雷达收发机功能设备获取雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给雷达信 号显示设备，用于显示雷达视频信息；

步骤二、通过雷达信号显示设备设置控制信号，并将控信号传输给雷达收发机功能设备， 用于控制雷达收发机功能设备的工作状态；

所述步骤一和步骤二进行信号传输均是通过单独的光纤通道进行的。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统的信号传输方法，其中，在所 述步骤一中具体包括以下步骤：

一、发射用于雷达扫描的微波信号，并接收雷达回波信号；

二、对雷达回波信号进行混频和中频放大处理，获取雷达中频信号；

三、将雷达中频信号转换成雷达数字信号并进行坐标量程转换；

四、将进行坐标量程转换后的雷达数信号通过光纤通信模式传输给雷达信号显示设备。

进一步地，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统的信号传输方法，其中，在所 述步骤二中具体包括以下步骤：

一、设置用于控制雷达收发机功能设备工作状态的控制信号；

二、通过光纤通信模式将控制信号传输给雷达收发机功能设备。

与现有技术相比，本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统及其信号传输方法具有 以下优点：本发明的船用数字雷达系统通过在雷达收发机功能设备中增设信号外理单元和第 一光纤通信单元，并在雷达信号显示设备中相应地增设第二光纤通信单元与此相对应，在雷 达收发机功能设备和雷达信号显示设备之间建立了双光纤通信模式，由于光纤具有线径小、 质量轻、成本低的性点，相对于铜轴线缆不但使布线更为容易，其成本也相对较低。最重要 的是，以光纤进行通信具有信号传输距离远、抗干扰性能强的优点，可有效避免信号的传输 衰减和噪声的引入，从而提高图像质量或视频清晰度，能满足各级船用数字雷达天线的安装 高度要求。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统及其信 号传输方法作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统的示意图；

图2为本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统中第一发送模块与第二接收模块的 连接示意图；

图3为本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统中第一发送模块和第二发送模块的 示意图；

图4为本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统中第一接收模块和第二接收模块的 示意图。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明既提供了一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，又提供了 一种基于光纤通信的船用数字雷达系统的信号传输方法。本发明提供的基于光纤通信的船用 数字雷达系统通过使用光纤在雷达收发机功能设备和雷达信号显示设备之间构建了双向信号 传输通道。其中在雷达收发机功能设备中增加了信号处理功能，将雷达模拟信号处理成数字 信号，并以光纤通信的方式将雷达数字信号发送给雷达信号显示设备，以便显示雷达的图像 或视频信息。同时雷达收发机功能设备侦测雷达信号显示设备发来的控制信号，并进行相应 地处理，以便根据控制信号运行。在这一过程中，雷达信号显示设备只需以光纤通信的方式 接收雷达信号，用于LCD显示雷达图像；并通过人机界面设置量程、增益、雨雪抑制、海浪 抑制等控制命令，以控制信号的方式通过光纤发送给雷达收发机功能设备，从而简化了大量 冗余的数字化处理。

作为本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统的具体实施方式，如图1所示，总体 上包括雷达收发机功能设备、雷达信号显示设备和分布式供电设备，雷达收发机功能设备通 过雷达天线发射用于雷达扫描的微波信号并接收雷达回波信号，雷达信号显示设备用于显示 雷达视频信息，分布式供电设备用于对雷达收发机功能设备和雷达信号显示设备进行供电， 其中雷达收发机功能设备和雷达信号显示设备之间通过双光纤通信模式进行双向信号传输。

雷达收发机功能设备包括雷达收发机单元01、信号处理单元02和第一光纤通信单元03。 雷达收发机单元01将雷达回波信号处理成雷达中频信号，并将雷达中频信号传输给信号处理 单元02；信号处理单元02将雷达中频信号处理成雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给 第一光纤通信单元03；第一光纤通信单元03将雷达数字信号传输给雷达信号显示设备，同 时第一光纤通信单元03接收雷达信号显示设备传来的控制信号，并将控制信号传输给信号处 理单元02；信号处理单元02对控制信号进行处理后传输给雷达收发机单元01，雷达收发机 单元01根据雷达信号显示设备的控制信号进行工作。

雷达收发机单元01设有脉冲序列发生器、射频源、第一混频器、双工机、本地振荡器、 第二混频器、第三混频器、中频放大器。脉冲序列发生器产生的脉冲信号和射频源产生的射 频信号经过第一混频器进行混频处理后得到用于雷达扫描的微波信号，微波信号依次传输给 双工机和天线并进行发射；本地振荡器产生的时钟脉冲信号和射频源产生的射频信号经过第 二混频器进行混频处理得到第一混频信号，并将第一混频信号传输给第三混频器，同时通过 天线接收得到的雷达回波信号经过双工机也传输给第三混频器；第一混频信号和雷达回波信 号经第三混频器进行混频处理后得到第二混频信号，并将第二混频信号传输给中频放大器； 中频放大器对第二混频信号进行放大处理后得到雷达中频信号，并将雷达中频信号传输给信 号处理单元02。

信号处理单元02设有AD转换模块、FPGA模块和数字处理模块。AD转换模块对雷达收发 机单元01传来的雷达中频信号进行模数转换得到雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给 FPGA模块；FPGA模块将雷达数字信号存入SDRAM缓存，由数字处理模块对存入SDRAM缓存的 雷达数字信号进行坐标量程转换；然后FPGA模块将进行坐标量程转换后雷达数字信号传输给 第一光纤通信单元03。本发明中，信号处理单元02在进行数字化处理过程中，主要采用Altera 公司的EP1C6Q240来进行逻辑控制。

第一光纤通信单元03设有第一接收模块和第一发送模块，第一接收模块用于接收从雷达 信号显示设备发来的控制信号，第一发送模块用于向雷达信号显示设备发送雷达数字信号。

雷达信号显示设备包括第二光纤通信单元04和信号显示单元05。第二光纤通信单元04 设有第二接收模块和第二发送模块，信号显示单元05设有ARM模块和LED显示及参数设置模 块。第二接收模块接收雷达发收机功能设备传来的雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给 ARM模块，ARM模块对雷达数字信号进行处理后将信号传输给LED显示及按键设置模块；LED 显示及参数设置模块用于显示雷达视频信息并根据需要设置控制参数，并将产生的控制信号 传输给ARM模块；ARM模块对控制信号进行处理后传输给第二发送模块，由第二发送模块将 控制信号传输给雷达收发机功能设备。

本发明中第一接收模块和第二接收模块均采用CY7B933，第一发送模块和第二发送模块 均采用CY7B923。如图2至图4所示，第一发送模块和第二接收模块之间的通信过程如下所 述：第一发送模块通过[T_D0……T_D7]引脚接收FPGA模块传来的雷达数字信号，经内部数据 处理后通过TX+、TX-引脚传输给第二接收模块；第二接收模块通过RECE+、RECE-引脚接收雷 达数字信号，经内部数据处理后，通过[R_D0……RD7]引脚传输给ARM模块。第二发送模块和 第一接收模块之间的通信过程如下所述：第二发送模块通过[T_D0……T_D7]引脚接收ARM模 块传来的控制信号，经内部数据处理后通过TX+、TX-引脚传输给第一接收模块；第一接收模 块通过RECE+、RECE-引脚接收控制信号，经内部数据处理后，通过[R_D0……RD7]引脚传输 给FPGA模块。限于篇幅，这里没有对CY7B933模块和CY7B923模块中的其他引脚进行描述， 但对于本领域的技术人员来说是已知的，很容易理解，并顺利实施。

本发明一种基于光纤通信的船用数字雷达系统，通过在雷达收发机功能设备中增设信号 外理单元和第一光纤通信单元，并在雷达信号显示设备中相应地增设第二光纤通信单元与此 相对应，在雷达收发机功能设备和雷达信号显示设备之间建立了双光纤通信模式，由于光纤 具有线径小、质量轻、成本低的性点，相对于铜轴线缆不但使布线更为容易，其成本也相对 较低。最重要的是，以光纤进行通信具有信号传输距离远、抗干扰性能强的优点，可有效避 免信号的传输衰减和噪声的引入，从而提高图像质量或视频清晰度。同时，雷达收发机功能 设备和雷达显示设备之间通过双光纤通信模式，雷达信号和控制信息分别采用不同的光纤通 道进行传输，极大地提高了信号传输速度，增强了实时响应效率。

本发明还提供了基于光纤通信的船用数字雷达系统的信号传输方法，具体包括以下步骤：

步骤一、通过雷达收发机功能设备获取雷达数字信号，并将雷达数字信号传输给雷达信 号显示设备，用于显示雷达视频信息；

步骤二、通过雷达信号显示设备设置控制信号，并将控信号传输给雷达收发机功能设备， 用于控制雷达收发机功能设备的工作状态；

所述步骤一和步骤二进行信号传输均是通过单独的光纤通道进行的。

在上述步骤一中具体包括以下步骤：

一、发射用于雷达扫描的微波信号，并接收雷达回波信号；

二、对雷达回波信号进行混频和中频放大处理，获取雷达中频信号；

三、将雷达中频信号转换成雷达数字信号并进行坐标量程转换；

四、将进行坐标量程转换后的雷达数信号通过光纤通信模式传输给雷达信号显示设备。

在上述步骤二中具体包括以下步骤：

一、设置用于控制雷达收发机功能设备工作状态的控制信号；

二、通过光纤通信模式将控制信号传输给雷达收发机功能设备。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行 的限定，在不脱离本发明设计原理和精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术 方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。