專利名稱：新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代雷達技術(shù)的飛速發(fā)展，寬頻帶、復(fù)雜信號波形和高速數(shù)字處理技術(shù)在雷達系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，為了適應(yīng)日益提高的雷達工作指標(biāo)和對各種信息處理算法、系統(tǒng)工作參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計要求，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)設(shè)計中，高性能的雷達數(shù)據(jù)采集記錄設(shè)備為重現(xiàn)雷達探測畫面，分析目標(biāo)參數(shù)，研究雷達系統(tǒng)工作性能提供了重要的技術(shù)手段，在軍用和民用雷達系統(tǒng)中都廣泛應(yīng)用高速數(shù)據(jù)采集記錄設(shè)備進行雷達信號數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用各種算法方法對雷達信號數(shù)據(jù)進行分析，為雷達系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
·[0003]早期的雷達信號記錄設(shè)備主要有錄音機型雷達數(shù)據(jù)記錄儀和錄像機型雷達圖像記錄儀等兩種，發(fā)展到后期，出現(xiàn)了基于工控機結(jié)構(gòu)的雷達信號記錄儀，它由視頻和語音信號采集卡、方位采集卡、工控機等設(shè)備組成。目前廣泛使用的雷達信息記錄設(shè)備普遍采用了數(shù)字式記錄方式，記錄介質(zhì)一般采用磁盤。與以往模擬式雷達數(shù)據(jù)記錄儀相比，數(shù)字式雷達信息記錄設(shè)備的主要優(yōu)點是易于擴充容量，數(shù)據(jù)復(fù)制無失真并能夠長期保存，同時也便于進行事后的數(shù)據(jù)回放和分析處理。由于現(xiàn)代雷達信號形式復(fù)雜，且具有全相參、寬頻帶、大動態(tài)的特點，因此對雷達信號數(shù)據(jù)的采集設(shè)備必須滿足高精度、大動態(tài)、高速率的要求，同時數(shù)據(jù)的高速回放和實時顯示己成為新型高速大容量數(shù)據(jù)采集設(shè)備的重要功能。傳統(tǒng)的記錄儀系統(tǒng)存在采樣率偏低，記錄時間短，處理速度慢且成本高等缺點，逐漸不能滿足各領(lǐng)域需求，針對以上情況設(shè)計開發(fā)了新型高速采樣導(dǎo)航雷達數(shù)據(jù)記錄回放系統(tǒng)，采樣頻率高達120MHz，記錄設(shè)備首先采用高速A/D轉(zhuǎn)換器將雷達系統(tǒng)輸出的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過高速數(shù)據(jù)傳輸接口或數(shù)據(jù)總線將高速的雷達數(shù)據(jù)流送給大容量磁盤陣列進行存儲記錄。近年來數(shù)據(jù)的高速采集回放系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于雷達、水聲探測、遙測、遙感、資源勘測、無損檢測等信息采集記錄和實時分析系統(tǒng)中。開發(fā)超高速采集回放系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代雷達系統(tǒng)發(fā)展，對雷達系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有一定的理論和工程意義。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的提供了一種新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，現(xiàn)場采集大量的雷達信號數(shù)據(jù)，為雷達數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究提供仿真驗證和性能評估依據(jù)。本實用新型的新型超高速導(dǎo)航雷達數(shù)據(jù)記錄回放系統(tǒng)采集導(dǎo)航雷達在不同海況下的視頻信號、多種標(biāo)志位信號，使用自定義的數(shù)據(jù)格式，以文件形式記錄到計算機硬盤，也可以將保存的數(shù)據(jù)文件還原為原始的雷達視頻及多種標(biāo)志位信號發(fā)送給雷達終端，復(fù)現(xiàn)導(dǎo)航雷達工作的真實情況。在雷達調(diào)試過程中，需要檢驗雷達在真實環(huán)境中運行的參數(shù)。在雷達使用過程中，需要實時記錄雷達的工作狀態(tài)信息，便于出現(xiàn)問題后進行問題復(fù)現(xiàn)并定位。高性能雷達數(shù)據(jù)采集回放系統(tǒng)為雷達信號數(shù)據(jù)分析所應(yīng)用的各種算法提供依據(jù)，為重現(xiàn)雷達探測畫面、分析目標(biāo)參數(shù)及雷達系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。因此超高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)在軍用和民用雷達系統(tǒng)中都有廣泛應(yīng)用。具體來說，本實用新型的技術(shù)方案是，一種新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，用于對雷達接收信號進行回放處理，其特征在于，包括一采集接口，采集多種型號雷達視頻信號及其對應(yīng)標(biāo)志位信號；一數(shù)據(jù)采集卡，與上述采集接口的輸出端相連；一 PC主機，與上述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連，接受并存儲所述采集數(shù)據(jù)；—數(shù)字輸入輸出卡，與所述PC主機的輸出端相連；一回放接口，與所述數(shù)字輸入輸出卡的輸出端相連； 一雷達終端，與所述回放接口的輸出端相連。比較好的是，所述采集接口進一步包括一擴展模塊，通過模擬電路對所述雷達接收視頻信號及其對應(yīng)標(biāo)志位信號進行調(diào)理；一核心模塊，其輸入端與所述擴展模塊的輸出端相連，其輸出端連接所述數(shù)據(jù)采集卡的輸入端。比較好的是，所述系統(tǒng)進一步包括若干外部設(shè)備，包括與所述PC主機相連的顯示器，鍵盤和鼠標(biāo)。比較好的是，所述采集接口進一步包括若干串口、網(wǎng)絡(luò)接口及相應(yīng)的通信、編解碼芯片，用于擴展。比較好的是，所述數(shù)據(jù)采集卡和所述數(shù)字輸入輸出卡均采用PCI-XXX。高速高分辨率的雷達信號采集系統(tǒng)中，高寬帶數(shù)據(jù)傳輸往往成為很多系統(tǒng)的瓶頸，隨著計算機總線技術(shù)的發(fā)展，PCI總線技術(shù)可以解決系統(tǒng)高數(shù)據(jù)吞吐量的問題。新型超高速導(dǎo)航雷達數(shù)據(jù)記錄回放系統(tǒng)涉及的雷達數(shù)據(jù)高速采集、大容量存儲和實時回放處理技術(shù)是在基于PCI總線的高速數(shù)據(jù)采集卡的硬件基礎(chǔ)上，借助于PCI總線數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動集成軟件和Microsoft Direct X軟件開發(fā)包，在Visual Studio軟件環(huán)境下完成高速數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和存儲，利用Direct Draw實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)高速、實時回放顯示。應(yīng)用這些技術(shù)構(gòu)建的超高速導(dǎo)航雷達采集記錄和實時回放處理系統(tǒng)具有記錄數(shù)據(jù)率高、存儲容量大、通用性強、性價比高的特點，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。在設(shè)計過程中為了縮短開發(fā)時間及提高系統(tǒng)的通用性及可升級性，使用商用PCI-XXX高速數(shù)據(jù)采集卡和PCI-XXX高速數(shù)字輸入輸出卡。系統(tǒng)在高速采集的同時，需要實時保存采集數(shù)據(jù)到計算機磁盤，高速磁盤讀寫技術(shù)可以在高速采集的同時，將數(shù)據(jù)存儲在磁盤中，確保數(shù)據(jù)的完整性。上位機軟件實時監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，更好地實現(xiàn)人機交互功能，實時模擬航海雷達顯控界面。隨著雷達技術(shù)的進步，航海雷達型號多樣化，采集接口和回放接口可解決多型號船用導(dǎo)航雷達兼容性問題。整機系統(tǒng)模塊化設(shè)計大大提升了系統(tǒng)的通用性和可維護性。

下面，參照附圖，對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對本實用新型的詳細描述中，本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖I中采集接口 I的結(jié)構(gòu)框圖；[0023]圖3是圖I中回放接口 4的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是數(shù)據(jù)采集與PCI總線傳輸時序分配圖；圖5是本實用新型的記錄回放出的示意圖。
具體實施方式
請參見圖I所示，本實用新型的高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)包括采集接口 1，數(shù)據(jù)采集卡2，數(shù)字輸入輸出卡3，回放接口 4，雷達終端5，PC主機6，顯示器7，硬盤8，鍵盤9，鼠標(biāo)10。其中，采集接口 I在采集時完成多種型號雷達視頻信號及其對應(yīng)標(biāo)志位信號(觸發(fā)、方位、船首、數(shù)字羅經(jīng)、計程儀、GPS等)的標(biāo)準化處理。并通過數(shù)據(jù)采集卡2傳送給主機6，主機6通過其PCI接口輸出相關(guān)信號給數(shù)字輸入輸出卡3，回放接口 4在回放時，將主機6存儲并輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的視頻模擬信號及與主脈沖同步的時標(biāo)信號，同時設(shè) 計相應(yīng)的驅(qū)動增強電路，保證其有足夠的驅(qū)動能力驅(qū)動雷達顯示終端5。主機6主要使用數(shù)據(jù)采集卡2和數(shù)字輸入輸出卡3提供的SDK，完成數(shù)據(jù)的采集和存儲。顯示則主要采用DirectX提供的SDK實現(xiàn)雷達畫面的實時顯示。以下詳細介紹本實用新型的進一步組成?？紤]不同導(dǎo)航雷達視頻信號、標(biāo)志位信號具有不同的電氣特性，采集接口 I分為擴展模塊11和核心模塊12，在擴展模塊11中主要通過模擬電路對雷達收發(fā)機下來的標(biāo)準位信號進行調(diào)理，即對不同電氣特性(模擬輸入、數(shù)字輸入；單端輸入、差分輸入等)的視頻、標(biāo)志位信號完成阻抗匹配、極性及動態(tài)范圍調(diào)整等工作。為了以后擴展，在采集接口 I上串口、網(wǎng)絡(luò)接口及相應(yīng)的通信、編解碼芯片，保證記錄回放系統(tǒng)能夠滿足多種型號導(dǎo)航雷達的需求。核心模塊12與擴展模塊11的輸出端相連，將擴展模塊11處理后的雷達視頻信號、標(biāo)志位信號提供給數(shù)據(jù)采集卡2，其中還包括對回波重頻的自適應(yīng)檢測信號。使用PCI-XXX數(shù)據(jù)采集卡2在120Ms/s采集數(shù)據(jù)時只能使用采集卡2上的CH-O通道，而且只能采集模擬信號，不能直接采集雷達的所有標(biāo)志位信號，考慮到記錄、回放雷達視頻信號時，標(biāo)志位信號與主脈沖的同步問題，采取“時分復(fù)用”的思想在每一個主脈沖視頻信號末尾添加模擬標(biāo)志位信號的方式解決。通過FPGA (Field-Programmable Gate Array)對各種標(biāo)志位信號進行編碼并控制高速模擬電子開關(guān)對雷達回波視頻信號及編碼信號的銜接。如圖3所示為波形I為10海里雷達回波視頻信號和時標(biāo)編碼信息合為一路輸出波形，其中銜接點是在高速開關(guān)切換點。波形2為收發(fā)機下來的同步觸發(fā)脈沖信號，可以看出采集接口I工作是與觸發(fā)脈沖同步的。數(shù)據(jù)采集卡2在120MHz采樣頻率及14位量化精度條件下，實時帶寬為120MX 2B/s = 240MB/S,遠大于PCI總線的132MB/s帶寬和硬盤8讀寫速度。為保證系統(tǒng)能穩(wěn)定存儲及顯示采集到的數(shù)據(jù)，在2個觸發(fā)脈沖之間要留有比較充裕的時間來給PCI進行數(shù)據(jù)傳輸以及軟件對采集到的信號進行存儲與顯示時間。具體時序分配如圖4所示。其中TS為采樣時間，Tdma為數(shù)據(jù)由采集卡傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)存占用的時間，Tstorage為數(shù)據(jù)寫入硬盤8占用的時間，Tvacanyc為軟件完成數(shù)據(jù)顯示以及其他操作的時間。使用PCI-XXX的數(shù)據(jù)采集卡2是一款基于PCI總線的雙通道65Ms/s、14位A/D分辨率的高速高分辨率數(shù)字化儀。具有多種觸發(fā)模式、多卡同步、自校準功能。它的輸入配置十分靈活(包括可編程輸入范圍和用戶自定義輸入阻抗)。借助于大容量板載采集內(nèi)存SODIM SDRAM, PCI-XXX 數(shù)據(jù)采集卡 2 通過 DMA 和 Scatter Gather 不會被 PCI 總線 132MB/s的帶寬所限制，并且可以在很長的時間內(nèi)進行波形記錄。借助于“乒乓”操作模式，采樣率在使用內(nèi)部時鐘時高達120Ms/s，在外部時鐘條件下可以高達130Ms/s。PCI-XXX數(shù)據(jù)采集卡2適合于高速波形捕捉，例如雷達和超聲波等。PCI-XXX是一款基于PCI總線，32通道的數(shù)字輸入/輸出的超高速輸入輸出卡，適合高速數(shù)字信號傳輸、數(shù)字模式波形發(fā)生和捕獲及邏輯分析等應(yīng)用。配合DMA和ScatterGather, PCI-XXX最高數(shù)字傳輸速率高達80MB/s。使用PCI-XXX的數(shù)字輸入輸出卡3輸出的是采集到的數(shù)字信號(其中包含視頻信號及軟件處理過的標(biāo)志位信號)，因此需要設(shè)計回放接口 4，將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并從中解碼出相應(yīng)的標(biāo)志位信號，并且轉(zhuǎn)換后的信號應(yīng)該能有足夠的驅(qū)動能力驅(qū)動雷達顯示終端，實現(xiàn)對雷達信號的復(fù)原?！ぴ诨胤沤涌?4中主要通過FPGA控制雙口 FIFO及DA進行讀寫操作。FPGA完成對編碼信號的解碼，同時控制FIFO及D/A的讀寫，F(xiàn)IFO完成數(shù)字輸入輸出卡3到D/A之間的數(shù)據(jù)緩存，D/A完成雷達視頻信號的復(fù)原。圖5是通過本系統(tǒng)軟件操作提取數(shù)據(jù)，在雷達終端5上進行復(fù)現(xiàn)的同時，系統(tǒng)軟件也能復(fù)現(xiàn)當(dāng)時的海況的示意圖。以上諸實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實用新型的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，用于對雷達接收信號進行回放處理，其特征在于，包括 一采集接口，采集多種型號雷達視頻信號及其對應(yīng)標(biāo)志位信號； 一數(shù)據(jù)采集卡，與上述采集接口的輸出端相連； 一 PC主機，與上述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連，接受并存儲所述采集數(shù)據(jù)； 一數(shù)字輸入輸出卡，與所述PC主機的輸出端相連； 一回放接口，與所述數(shù)字輸入輸出卡的輸出端相連； 一雷達終端，與所述回放接口的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，其特征在于，所述采集接口進一步包括 一擴展模塊，通過模擬電路對所述雷達接收視頻信號及其對應(yīng)標(biāo)志位信號進行調(diào)理； 一核心模塊，其輸入端與所述擴展模塊的輸出端相連，其輸出端連接所述數(shù)據(jù)采集卡的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括 若干外部設(shè)備，包括與所述PC主機相連的顯示器，鍵盤和鼠標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，其特征在于，所述采集接口進一步包括若干串口、網(wǎng)絡(luò)接口及相應(yīng)的通信、編解碼芯片，用于擴展。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡和所述數(shù)字輸入輸出卡均采用PCI-XXX。
專利摘要本實用新型公開了一種新型高速導(dǎo)航雷達記錄回放系統(tǒng)，用于對雷達接收信號進行回放處理，包括一采集接口，采集多種型號雷達視頻信號及其對應(yīng)標(biāo)志位信號；一數(shù)據(jù)采集卡，與上述采集接口的輸出端相連；一PC主機，與上述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連，接受并存儲所述采集數(shù)據(jù)；一數(shù)字輸入輸出卡，與所述PC主機的輸出端相連；一回放接口，與所述數(shù)字輸入輸出卡的輸出端相連；一雷達終端，與所述回放接口的輸出端相連。本系統(tǒng)具有記錄數(shù)據(jù)率高、存儲容量大、通用性強、性價比高的特點，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號G01S7/40GK202735510SQ201220381518
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者羅來金, 夏念 申請人:上海廣電通信技術(shù)有限公司