專利名稱：基于gps的雷達同步裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雷達同步裝置，尤其涉及一種采集GPS時間控制不同位置雷達高精 度同步的裝置。
背景技術(shù)：
武漢大學(xué)電波傳播實驗室研制的高頻表面波雷達可探測江河湖泊表面風(fēng)、浪、流場和低 速移動目標(biāo)等環(huán)境要素。海洋表面流是海洋狀態(tài)的一個重要參量，單站高頻表面波雷達只能 探測海洋表面徑向流，要獲取海洋表面矢量流(含速率和方向)，需要對兩單站的徑向流場進 行矢量合成，即表面矢量流雙站合成法。在矢量合成時要求采用兩單站雷達同一時刻的徑向 流場數(shù)據(jù)，因此位于不同位置的雷達需要嚴(yán)格同步。
GPS是一種可以定時和測距的空間交會定點導(dǎo)航系統(tǒng)，它可以向全球用戶提供連續(xù)、實 時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。GPS時鐘采用的是世界協(xié)調(diào)時-UTC，在GPS 衛(wèi)星上載有與UTC時間同步的銫原子鐘，這樣它就成為一種空間的時間基準(zhǔn)，地面上的用戶 可接收GPS衛(wèi)星的時間服務(wù)信號，校正本地時鐘，使之與GPS時鐘同步。
GPS信號接收機能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這 些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星 到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位 置，三維速度和時間。利用GPS接收機解譯出的GPS衛(wèi)星提供的時間信息作為雷達站的參考 時間，可以實現(xiàn)不同位置的雷達站的高精度同步。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就在于提供一種基于GPS的雷達同步裝置，實現(xiàn)位于不同位置的雷達 的同步工作。
為達上述目的，本實用新型采取如下方案基于GPS的雷達同步裝置，包括有雷達，其 特征在于它還包括有GPS天線、GPS接收機、同步控制器、PC機，其中GPS天線、GPS接 收機、同步控制器、雷達依次電連接；PC機分別與GPS接收機、同步控制器電連接。
所述PC機與同步控制器通過USB接口芯片連接。
所述雷達為多通道高頻表面波雷達。
所述GPS接收機為的GPS15L接收機。
所述同步控制器包括GPS通信模塊、同步時間信號產(chǎn)生模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、雙口隨機 存儲器模塊；其中，GPS接收機、GPS通信模塊、同步時間信號產(chǎn)生模塊、雷達依次電連接，PC機、USB接口芯片、雙口隨機存儲器模塊、參數(shù)設(shè)置模塊依次電連接，參數(shù)設(shè)置還分別與 GPS通信模塊、同步時間信號產(chǎn)生模塊電連接。
所述GPS接收機、GPS通信模塊之間通過電平轉(zhuǎn)換芯片連接。
本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果
1、 精度高，GPS衛(wèi)星上安裝的銫原子鐘的短期和長期穩(wěn)定度都很高，性能較好的GPS接 收機可以達到25ns以下的精度，用GPS衛(wèi)星的時間信息作為雷達同步的時間基準(zhǔn)，可以實現(xiàn) 各雷達站的高精度同步；
2、 成本低，GPS相對于其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)來說更成熟，相應(yīng)的接收機種類多，體積小， 為各雷達站安裝同步裝置無需擴大雷達機箱，并且GPS接收機價格較為便宜，因此降低了為 各雷達站安裝同步裝置的成本；
3、 開發(fā)方便，GPS接收機技術(shù)成熟，使用簡單，可以根據(jù)需要靈活配置輸出語句，利用 GPS接收機進行雷達同步裝置的開發(fā)簡單易行。


圖1是本實用新型的原理框圖。
圖2是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中，1為GPS天線，2為GPS接收機，3為同步控制器，4為USB接口芯片，5為PC機， 6為雷達，7為RS232-TTL電平轉(zhuǎn)換芯片，8為GPS通信模塊，9為同步時間信號產(chǎn)生模塊， IO為參數(shù)設(shè)置模塊，ll為雙口隨機存儲器(DRAM)模塊。
具體實施方式

下面以具體實施例結(jié)合附圖對實用新型做進一步說明。
如圖l，按本實用新型實施的基于GPS的雷達6同步裝置，包括有GPS天線1、 GPS接收 機2、同步控制器3、 PC機5以及雷達6，其中GPS天線1、 GPS接收機2、同步控制器3、雷 達6依次電連接；PC機5分別與GPS接收機2、同步控制器3電連接。GPS天線1接收GPS 時間信號作為同步控制器3的參考時間，由PC機5通過USB接口 4向同步控制器3設(shè)置雷達 6各部分的同步時間信號參數(shù)，同步控制器3根據(jù)GPS時間和同步時間信號參數(shù)輸出雷達6 各部分的同步時間信號。
本實施例中的GPS接收機2為GPS15L接收機，該接收機可以同時跟蹤多達12顆GPS衛(wèi) 星，從而能夠進行快速的定位。GPS15L接收機功耗非常小，數(shù)據(jù)更新率為每秒一次。同時輸 出上升沿與GPS秒同步的秒脈沖(PPS)，精度土1微秒。GPS15L接口輸出電平是RS232電平， 輸入可為RS232或者具有RS232極性的TTL電平。波特率從300 38400可選，默認(rèn)值為4800。 可以輸出的格式包括美國國家海洋電子協(xié)會指定的醒EA0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式和GARMIN公司定義的語句格式。其輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼，數(shù)據(jù)格式設(shè)置為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、 1個停止位，無奇偶校驗。采用的串口輸出語句是GARMIN定義的PGRMF語句，其內(nèi)容包括UTC 時間的年、月、日、時、分、秒，可以滿足雷達6同步所需的時間信息需求。PC機5通過RS232 接口設(shè)置GPS15L接收機，使其僅輸出GARMIN定義的PG服F語句。
本實施例中的雷達6為多通道相參高頻表面波雷達6。它的硬件系統(tǒng)主要包括發(fā)射機、 發(fā)射天線陣、接收天線陣、頻率合成器、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、主控PC機5等。 每臺雷達6系統(tǒng)接收機有多個接收通道。進入每一接收通道的回波信號首先經(jīng)過濾波、混頻 后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中進行帶通采樣。采樣得到的數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理模塊進行 處理，如數(shù)字正交混頻、濾波、數(shù)據(jù)率抽取，快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform ， FFT)等。處理后的結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸模塊進入主控PC機5，在主控PC機5里運用陣列信號 處理等方法，綜合多個通道的采樣結(jié)果，得到需要的海洋環(huán)境或船舶等目標(biāo)信息。
由于此雷達6是相參雷達，各個接收通道以及發(fā)射機都需要嚴(yán)格同步。本實施例中的同 步控制器3由現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)實現(xiàn)，它負(fù)責(zé)發(fā)出同步時間信號，以管理雷達系 統(tǒng)各組成部分的運行時序。FPGA是一種大規(guī)模、高速、低功耗、可反復(fù)編程的集成電路芯片， 很多FPGA芯片支持在系統(tǒng)編程，這給系統(tǒng)開發(fā)提供了很大的靈活性，并且使維護和升級更為 方便，因此本實施例采用FPGA芯片實現(xiàn)同步控制器3。由于GPS15L接收機輸出電平是RS232 電平，而FPGA芯片的輸入電平是TTL電平，所以本實施例在GPS15L接收機和FPGA芯片之間 連接了 RS232-TTL電平轉(zhuǎn)換芯片7。
如圖2，本實施例中的FPGA芯片包括GPS通信模塊8、同步時間信號產(chǎn)生模塊9、參數(shù) 設(shè)置模塊IO、雙口隨機存儲器(DRAM)模塊ll; GPS接收機2、 GPS通信模塊8、同步時間信 號產(chǎn)生模塊9、雷達6依次電連接，PC機5、 USB接口芯片4、雙口隨機存儲器模塊ll、參數(shù) 設(shè)置模塊10依次電連接，參數(shù)設(shè)置還分別與GPS通信模塊8、同步時間信號產(chǎn)生模塊9電連 接。其中，DRAM模塊存儲USB接口芯片4寫入的所有同步時間信號參數(shù)，參數(shù)設(shè)置模塊10 讀取DRAM模塊存儲的參數(shù)，并將同歩時間信號的基準(zhǔn)時間參數(shù)發(fā)送給GPS通信模塊8，將各 個同步時間信號的偏移時間參數(shù)發(fā)送給同步時間信號產(chǎn)生模塊9。GPS通信模塊8分析GPS15L 接收機經(jīng)RS232-TTL電平轉(zhuǎn)換芯片7發(fā)送的ASCII碼語句中的當(dāng)前時間信息,并比較當(dāng)前時間 是否與設(shè)置的基準(zhǔn)時間參數(shù)相等，若相等，則通知同步時間信號產(chǎn)生模塊9正確的基準(zhǔn)時間 已到；同步時間模塊接收到GPS通信模塊8發(fā)送來的確認(rèn)正確的基準(zhǔn)時間已到的信號后，按 照各個同步時間信號的偏移時間參數(shù)延遲相應(yīng)時間并輸出同步時間信號。
工作原理如下
①PC機5通過RS232接口設(shè)置GPS15L接收機，使其僅輸出GA脂IN定義的PGRMF語句；②PC機5將雷達6各個同步時間信號的參數(shù)通過USB接口寫入USB接口芯片4， USB接 口芯片4再將參數(shù)寫入FPGA芯片中的DRAM模塊；
(D參數(shù)設(shè)置模塊10讀取DRAM模塊存儲的參數(shù)，并將同步時間信號的基準(zhǔn)時間參數(shù)發(fā)送 給GPS通信模塊8，將各個同步時間信號的偏移時間參數(shù)發(fā)送給同步時間信號產(chǎn)生模塊9;
GPS天線1接收GPS衛(wèi)星信號，并傳送給GPS15L接收機；
⑤GPS15L接收機解譯出GPS衛(wèi)星信號中包含的時間信息，并以ASCII碼的形式輸出 GA體IN定義的PGRMF語句，輸出電平為RS232電平；
RS232-TTL電平轉(zhuǎn)換芯片7將RS232電平的ASCII碼語句轉(zhuǎn)換為TTL電平的ASCII碼 語句，并發(fā)送給FPGA芯片中的GPS通信模塊8;
GPS通信模塊8根據(jù)PC機5設(shè)置的基準(zhǔn)時間參數(shù)循環(huán)判斷所獲取的ASCII碼語句包含 的當(dāng)前時間信息，若當(dāng)前時間與基準(zhǔn)時間參數(shù)相等，則通知同步時間信號產(chǎn)生模塊9正確時 間已到；
⑧同步時間模塊接收到GPS通信模塊8發(fā)送來的確認(rèn)正確時間已到的信號后，按照各個 同步時間信號的偏移時間參數(shù)延遲相應(yīng)時間并輸出同步時間信號至高頻表面波雷達。
以上所揭露的僅為本實用新型的較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本實用新型之權(quán) 利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.基于GPS的雷達同步裝置，包括有雷達，其特征在于它還包括有GPS天線、GPS接收機、同步控制器、PC機，其中GPS天線、GPS接收機、同步控制器、雷達依次電連接；PC機分別與GPS接收機、同步控制器電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS的雷達同步裝置，其特征在于所述PC機與同步控 制器通過USB接口芯片連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS的雷達同步裝置，其特征在于所述雷達為多通道高 頻表面波雷達。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS的雷達同步裝置，其特征在于所述GPS接收機為 GPS15L接收機。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于GPS的雷達同步裝置，其特征在于所述同步控制器 包括GPS通信模塊、同步時間信號產(chǎn)生模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、雙口隨機存儲器模塊；其中， GPS接收機、GPS通信模塊、同步時間信號產(chǎn)生模塊、雷達依次電連接，PC機、USB接口芯片、 雙口隨機存儲器模塊、參數(shù)設(shè)置模塊依次電連接，參數(shù)設(shè)置還分別與GPS通信模塊、同步時 間信號產(chǎn)生模塊電連接。 ..
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于GPS的雷達同步裝置，其特征在于所述GPS接收機、GPS 通信模塊之間通過電平轉(zhuǎn)換芯片連接。
專利摘要本實用新型涉及雷達同步裝置，尤其涉及一種基于GPS的雷達同步裝置，包括有雷達，還包括有GPS天線、GPS接收機、同步控制器、PC機，其中GPS天線、GPS接收機、同步控制器、雷達依次電連接；PC機分別與GPS接收機、同步控制器電連接。本實用新型精度高，用GPS衛(wèi)星的時間信息作為雷達同步的時間基準(zhǔn)，可以實現(xiàn)各雷達站的高精度同步；成本低，GPS接收機價格較為便宜，為各雷達站安裝同步裝置的成本低；開發(fā)方便，利用GPS接收機進行雷達同步裝置的開發(fā)簡單易行。
文檔編號G01S5/02GK201373917SQ200920084009
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者文必洋, 靜 楊, 偉 沈, 王才軍, 黃曉靜 申請人:武漢大學(xué)