專利名稱：一種基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雷達(dá)是海上航行的船舶所必不可少的，STCW公約對船員掌握雷達(dá)設(shè)備的操作方面也有明確要求。眾所周知，真實雷達(dá)設(shè)備價格比較昂貴，受資金等因素的影響，航海院校特別是航海高職、中職院校配備的真實雷達(dá)設(shè)備數(shù)量少，實訓(xùn)分組率不高，學(xué)生上機機會少，不能滿足教學(xué)要求；雖然各航海院?；蚨嗷蛏倥渲糜欣走_(dá)模擬訓(xùn)練設(shè)備，但雷達(dá)模擬訓(xùn)練設(shè)備提供的不是雷達(dá)真實圖像，而是模擬的雷達(dá)圖像，模擬的雷達(dá)圖像與真實雷達(dá)圖像相差太大，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來負(fù)面影響。因此，需要提供一種基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)以解決上述問題。

實用新型內(nèi)容為了解決該問題，本實用新型公開了一種基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，所述雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)包括雷達(dá)前端、雷達(dá)信號采集器、計算機服務(wù)器、局域網(wǎng)系統(tǒng)和學(xué)生計算機終端，所述雷達(dá)信號采集器與所述雷達(dá)前端連接，所述計算機服務(wù)器設(shè)置在所述雷達(dá)信號采集器與所述局域網(wǎng)系統(tǒng)之間，所述局域網(wǎng)系統(tǒng)與學(xué)生計算機終端連接。較佳地，所述雷達(dá)信號采集器包括A/D轉(zhuǎn)換器、I/O接口、FPGA, DSP、SDRAM和PCI總線，所述A/D轉(zhuǎn)換器和所述I/O接口與所述FPGA連接，所述FPGA與所述DSP連接，所述DSP與所述SDRAM和所述PCI總線連接，所述PCI總線與所述計算機服務(wù)器連接。本實用新型的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，而且模擬的雷達(dá)圖像和實際的雷達(dá)圖像接近，提高了學(xué)習(xí)的效果。在實用新型內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實用新型內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實用新型的優(yōu)點和特征。

圖I是根據(jù)本實用新型一個實施例的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型一個實施例的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)的雷達(dá)信號采集器的示意圖。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本實用新型更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本實用新型可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本實用新型發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底了解本實用新型，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本實用新型的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本實用新型的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本實用新型還可以具有其他實施方式。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例做詳細(xì)描述。參考圖1，是根據(jù)本實用新型一個實施例的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)的示意圖。本實用新型的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)包括雷達(dá)前端1，雷達(dá)信號采集器2，計算機服務(wù)器3，局域網(wǎng)系統(tǒng)4和學(xué)生計算機終端5。其中雷達(dá)信號采集器2與雷達(dá)前端I連接，計算機服務(wù)器3設(shè)置在雷達(dá)信號采集器2與局域網(wǎng)系統(tǒng)4之間，局域網(wǎng)系統(tǒng)4與學(xué)生計算機終端5連接。其中雷達(dá)信號采集器2采集雷達(dá)前端I發(fā)出的信號，例如視頻信號、指北信號、方位增量信號和觸發(fā)脈沖信號等，并對采集的信號進(jìn)行處理和存儲。然后將信號傳輸給計算機服務(wù)器3，最后通過局域網(wǎng)系統(tǒng)4在學(xué)生計算機終端5上輸出。參考圖2，是根據(jù)本實用新型一個實施例的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)的雷達(dá)信號采集器2的示意圖。該雷達(dá)信號采集器2包括A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器21、I/0(輸入/輸出)接口 22、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)23、數(shù)字信號處理器(DSP) 24、SDRAM(同步動態(tài)隨機存儲器)25和PCI總線26。其中視頻信號可以輸入A/D轉(zhuǎn)換器21，觸發(fā)信號、方位增量信號和指北信號可以輸入I/O接口 22。A/D轉(zhuǎn)換器21和I/O接口 22與FPGA23連接，F(xiàn)PGA 23與DSP 24連接，DSP 24與SDRAM 25和PCI總線26連接。最后通過PCI總線26與計算機服務(wù)器3連接。為使雷達(dá)圖像在學(xué)生終端顯示器上清晰可辯，不出現(xiàn)顯示死區(qū)和盲區(qū)，顯示器分辨率一般設(shè)置為1280*1024，雷達(dá)天線每轉(zhuǎn)一周，學(xué)生終端顯示器上產(chǎn)生4096條掃描線，每條掃描線上至少采集1024點視頻。假設(shè)該系統(tǒng)每個方位在距離上采集4096 (4x1024)點雷達(dá)視頻，每點視頻按8bit進(jìn)行量化，則一幅雷達(dá)圖像的數(shù)據(jù)量為4096x4096x8bit = 16MB，因此系統(tǒng)至少需有16MB的存儲空間。航海雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期隨量程改變，一般為500 4000Hz,脈沖重復(fù)周期0. 25 2ms,以最長周期2ms計算,在一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)必須完成4096x8bit ^ 4KB的數(shù)據(jù)處理和傳輸，其傳輸速度至少為4KB/2ms = 2MB/s。如雷達(dá)天線轉(zhuǎn)數(shù)為每分鐘20轉(zhuǎn)，則天線掃描一周需3s，需對9個方位的視頻進(jìn)行積累，為保證雷達(dá)圖像顯示的實時性，需要有至少9x4096x8bit 30KB的數(shù)據(jù)緩存空間。根據(jù)以上計算看出，雷達(dá)天線掃描一周，需要雷達(dá)信號采集電路不僅要完成16MB數(shù)據(jù)的處理和傳輸，還需要有至少30KB的數(shù)據(jù)緩存空間。如此大的數(shù)據(jù)處理量和傳輸速率，必須需要高速處理器件才能完成，因此雷達(dá)信號采集模塊在設(shè)計時，采用高速A/D轉(zhuǎn)換模塊+現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) +數(shù)字信號處理器(DSP)+SDRAM+PCI總線的硬件結(jié)構(gòu)。A/D轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)雷達(dá)模擬視頻到數(shù)字視頻的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行雜波的濾波處理?，F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)邏輯運算和數(shù)據(jù)處理能力較好，采集雷達(dá)圖像相當(dāng)如處理海量數(shù)據(jù)，且要求實時性好、處理速度快，正適合現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來加以實現(xiàn)。高速數(shù)字信號處理器DSP是系統(tǒng)的核心部分，主要完成雷達(dá)圖像信息的處理及傳輸控制。PCI總線是一種先進(jìn)的高性能32位/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用局部總線，總線時鐘頻率為33MHz，可以有效解決數(shù)據(jù)的實時傳輸，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時處理。SDRAM具有容量大、成本低、速度快的優(yōu)點，對于連續(xù)地址存儲空間的訪問效率非常高，高性能DSP都提供了 SDRAM控制器，實現(xiàn)了 DSP對雷達(dá)信號等海量數(shù)據(jù)的高效管理。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時，A/D轉(zhuǎn)換器把信號轉(zhuǎn)換電路送來的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號，并送給可編程門陣列(FPGA);現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)對送來的信號進(jìn)行格式化處理、抑制信號中的雜波和進(jìn)行時序控制，將處理后的雷達(dá)數(shù)據(jù)存入現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的雙口 RAM中，并將指北和方位增量信號合成方位信號，同時產(chǎn)生地址和中斷信號；數(shù)據(jù)信號處理芯片DSP收到現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)傳來的中斷信號后，從現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的雙口 RAM中讀取進(jìn)行數(shù)據(jù)、壓縮數(shù)據(jù)并把處理后雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)存儲在外掛的SDRAM中，形成目標(biāo)信息文件和顯示視頻文件，并產(chǎn)生中斷信號，計算機服務(wù)器響應(yīng)DSP中斷信號，通過PCI總線直接訪問DSP的存儲空間，讀取目標(biāo)報告文件，顯示雷達(dá)圖像并通過局域網(wǎng)把雷達(dá)圖像傳輸給學(xué)生終端。由于雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)對圖像傳輸?shù)膶崟r性要求較高，如果計算機服務(wù)器機讀取下一幀雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)之前，數(shù)據(jù)信號處理芯片(DSP)還沒有處理好這一幀雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)，很明 顯圖像傳輸就要出現(xiàn)錯誤。采用乒乓(ping-pong)緩存技術(shù)就可以避免這樣的結(jié)果，所謂乒乓(ping-pong)緩存技術(shù)把輸入和輸出數(shù)據(jù)流使用兩組數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)DSP的EDMA向ping緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)時,DSP的CPU可以對pong緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，當(dāng)EDMA向pong緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)時，CPU對ping緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，當(dāng)EDMA和CPU的處理均完成時，它們之間進(jìn)行切換，在這種工作方式下，EDMA對數(shù)據(jù)的搬移和CPU對數(shù)據(jù)處理可以同時進(jìn)行，使得傳輸給顯示終端的數(shù)據(jù)就是CPU處理后的正確的數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)效率和圖像傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。本實用新型的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，而且模擬的雷達(dá)圖像和實際的雷達(dá)圖像接近，提高了學(xué)習(xí)的效果。本實用新型已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本實用新型限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本實用新型并不局限于上述實施例，根據(jù)本實用新型的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本實用新型所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本實用新型的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求1.一種基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)包括雷達(dá)前端、雷達(dá)信號采集器、計算機服務(wù)器、局域網(wǎng)系統(tǒng)和學(xué)生計算機終端，所述雷達(dá)信號采集器與所述雷達(dá)前端連接，所述計算機服務(wù)器設(shè)置在所述雷達(dá)信號采集器與所述局域網(wǎng)系統(tǒng)之間，所述局域網(wǎng)系統(tǒng)與學(xué)生計算機終端連接。
2.按照權(quán)利要求I所述的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)信號采集器包括A/D轉(zhuǎn)換器、I/O接口、FPGA、DSP、SDRAM和PCI總線，所述A/D轉(zhuǎn)換器和所述I/O接口與所述FPGA連接，所述FPGA與所述DSP連接，所述DSP與所述SDRAM和所述PCI總線連接，所述PCI總線與所述計算機服務(wù)器連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，所述雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)包括雷達(dá)前端、雷達(dá)信號采集器、計算機服務(wù)器、局域網(wǎng)系統(tǒng)和學(xué)生計算機終端，所述雷達(dá)信號采集器與所述雷達(dá)前端連接，所述計算機服務(wù)器設(shè)置在所述雷達(dá)信號采集器與所述局域網(wǎng)系統(tǒng)之間，所述局域網(wǎng)系統(tǒng)與學(xué)生計算機終端連接。本實用新型的基于數(shù)字信號處理的雷達(dá)教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，而且模擬的雷達(dá)圖像和實際的雷達(dá)圖像接近，提高了學(xué)習(xí)的效果。
文檔編號G09B9/54GK202512753SQ20122008204
公開日2012年10月31日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者谷溪, 龔少軍 申請人:南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院