基于FPGA嵌入式系統(tǒng)的雷達信號模擬器設(shè)計

1.4 實測數(shù)據(jù)的信號重構(gòu)

國內(nèi)在雷達數(shù)據(jù)采集方面的研究日趨成熟，基于PCI、USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都能滿足雷達中視頻采樣的要求，而且可以根據(jù)需要將采集的數(shù)據(jù)存盤或軟件實時回放處理[5-7]。本系統(tǒng)解決的問題是將系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)或磁盤陣列上存儲的其他系統(tǒng)采集到的雷達實測數(shù)據(jù)通過模擬系統(tǒng)重構(gòu)出雷達回波信號，做到真實環(huán)境的可重復(fù)再現(xiàn)，為雷達接收系統(tǒng)性能的檢測提供了有利條件。信號重構(gòu)過程需要知道雷達回波采樣時的采樣率，保證模擬系統(tǒng)DA信號輸出的速率與數(shù)據(jù)采集時的采樣速率一致，避免采集和恢復(fù)速率的不匹配造成雷達信號的非線性失真。同時實測數(shù)據(jù)幀的組成形式必須是已知的，這樣才能提取雷達信號的同步、方位、仰角等信息，將對應(yīng)的幅度信息與方位、仰角同步。

2 具體實現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計

FPGA采用的是Xilinx公司的100萬門FPGA芯片XC3S1000，其配置芯片為Xilinx公司的4 MB容量PROM芯片XCF04S，以主動串行方式對FPGA進行上電配置。AD、DA分別為ADI公司12位105 MS/s高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9432與14位105 MS/s高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片AD9764。SRAM采用Cypress公司的256k×16 bit SRA。

M芯片CY7C1041用于對數(shù)據(jù)進行大容量緩存，以滿足USB的傳輸需要。USB控制器選用Cypress公司的EZ-USB FX2系列USB2.0芯片CY7C68013，封裝為PQFP128。它支持USB2.0高速傳送，最高速率可達480 Mb/s。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.2 FPGA程序設(shè)計

FPGA程序主要包括雷達信號模擬模塊、雷達信號采集與傳輸控制模塊和SDK中Microblaze的控制與參數(shù)傳遞模塊。雷達信號模擬模塊主要完成對雷達中頻/視頻和雜波信號的模擬，為雷達的接收系統(tǒng)和信號采集模塊提供自檢測試信號。雷達信號采集與傳輸控制模塊主要完成對雷達中頻/視頻信號的采集與傳輸控制，該模塊為系統(tǒng)真實回波的模擬提供了實測數(shù)據(jù)。參數(shù)的傳遞主要由兩部分組成：上位機的信號參數(shù)輸入或信號模擬系統(tǒng)自帶的鍵盤掃描輸入與Microblaze核之間的參數(shù)傳遞；Microblaze將對應(yīng)的輸入?yún)?shù)通過中斷調(diào)用的形式傳遞給信號或雜波產(chǎn)生模塊。在ISE 9.1環(huán)境下通過VHDL硬件語言產(chǎn)生脈沖、LFM等信號，利用EDK 9.1的附件將在ISE 9.1中產(chǎn)生的信號模塊轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的IP核[8]。在EDK開發(fā)中，可以將在ISE中產(chǎn)生的信號模擬的IP核直接添加到工程中，IP核和Microblaze處理器之間通過OPB總線實現(xiàn)信號參數(shù)和中斷信號的傳遞，使整個開發(fā)過程模塊化?；贔PGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的EDK開發(fā)中有硬件模塊設(shè)計和軟件控制2個部分，使整個系統(tǒng)兼容了FPGA并行處理的高速率和軟件編程的簡潔。

2.3 驅(qū)動程序設(shè)計與使用

FX2的設(shè)備驅(qū)動程序有2種：一種用來在設(shè)備接入時從主機下載固件到RAM中，稱為固件下載驅(qū)動程序(wdgtldr.sys)；另一種是在設(shè)備重新列舉后加載的通用設(shè)備驅(qū)動程序(ezusb.sys)，應(yīng)用軟件通過該設(shè)備驅(qū)動程序與FX2通信[9]。

固件下載驅(qū)動程序(wdgtldr.sys)是利用CyprESS公司提供的固件下載驅(qū)動程序源代碼和用戶編譯成功的固件代碼，在Win2000 DDK中創(chuàng)建的。在將固件代碼下載到RAM中后，系統(tǒng)清除內(nèi)存中的固件下載驅(qū)動程序，并進行重新列舉，讓8051固件控制FX2。此時，系統(tǒng)獲得由8051固件提供的新的ID號，認為有新的USB設(shè)備接入，并據(jù)此加載相應(yīng)的通用設(shè)備驅(qū)動程序。通用設(shè)備驅(qū)動程序一般不需要重新編寫，可以直接使用Cypress公司已經(jīng)編好的驅(qū)動程序ezusb.sys。