فانغ تشوانغ 1، 2 تشانغ لى، وانغ تاو 1 سجل
(1. جامعة تشنغدو الإعلام جامعة هندسة الحاسب الآلي، وتشنغدو 610225، الصين،
2. تكنولوجيا الاتصالات ليزر الفضاء الدفاع مفتاح مختبر جامعة تشانغتشون للتكنولوجيا، وتشانغ تشون 130022، الصين)
وتعطى القائمة على التكنولوجيا FMCW، تصميم خفيف الوزن للنظام بحث الهدف الرادار يمكن استخدامها لمراقبة البحر. يستخدم البرنامج AD9914 يولد عالية السرعة، وانخفاض إشارة الاجتياح الضالة، والتي ترد تقنية إلغاء الطاقة باستخدام عالية السرعة وعالية الدقة رقاقة ADC AD9467 لتحقيق هدف استقبال إشارات صدى ضعيف. تصميم 7 وحدات وظيفية رئيسية، بين وحدة واجهة بصرية باستخدام تبادل البيانات عالية السرعة، مع تحسين خصائص التوافق الكهرومغناطيسي للنظام وسهلة لنشر بطرق مختلفة. وقد اظهرت النتائج أن النظام يمكن التمييز المجاور الهدف، حساسية الكشف لتلبية متطلبات التصميم.
CLC: TN958.94
كود الوثيقة: A
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.07.017
شكل الاقتباس الصيني: فانغ تشوانغ، وتشانغ لى، وانغ لو تاو. FMCW البحث رادار تصميم نظام المراقبة التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (7): 67-69،73.
الإنجليزية شكل الاقتباس: فانغ Dechuang، وتشانغ لى، وانغ Lutao. تصميم رادار FMCW للبحث والمراقبة .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (7): 67-69،73.
0 مقدمة
FMCW (تردد التضمين موجة مستمرة، FMCW) يستخدم الرادار المنتج عرض النطاق الترددي كبير وجود إشارة موجة مستمرة باعتباره إشارة الإرسال، ناضجة تتم معالجتها التكنولوجيا Dechirp صدى إشارة المستقبلة نهاية. مقارنة مع الرادار، وليس فقط يمكن أن تحسن بشكل كبير من قرار المسافة، وانخفاض الارسال السلطة، لا يمكن أن يكون بسهولة خارج اعتراضها. FMCW نظام رادار صغيرة الحجم وخفيفة الوزن وسهلة لتنفيذ أنواع مختلفة من الطائرات بدون طيار شنت الصواريخ ومنصات المحمول في الفضاء، حتى في الجيش والمدنيين، مثل دقة التوجيه والرصد المنطقة، والوقاية من الكوارث، وغيرها من المناطق المسح الجيولوجي وقد استخدم على نطاق واسع.
في السنوات الأخيرة، مع تطور تكنولوجيا الميكروويف الحالة الصلبة وتقنية معالجة الإشارات، جعلت تكنولوجيا الرادار FMCW تقدم كبير في مجال البحث وتطبيق النظام النظري. في تحسين دقة القياس، ويقترح الاتحاد الفرنسي للتنس على أساس الفرق مرحلة الصفر طريقة الحشو ، اودومتري تنتشر وتعديلها ZFFT اودومتري والخوارزميات الناشئة الأخرى، والقيود على التطبيقات الهندسية لأداء FMCW كشف الرادار العوامل الرئيسية (مثل RF تسرب مشاكل) ظهرت أيضا تجهيز إلغاء عدد من التقنيات. حاليا، TERMA في SCANTER 5000 و 6000 سلسلة تمكنت من تحقيق مجموعة قرار الرادار 3 م ~ 6 م، كلفن هيوز سلسلة SharpEye الشركة لتحقيق حل مجموعة من 3 م ~ 5 م . وأسلسان شركة ALPER (أسلسان منخفضة ECCM قدرة الرادار) الرادار، في الحالة التي يكون فيها مجموعة نقل الطاقة من 0.001 ~ 1 W، يمكن أيضا الوصول إلى الحد الأقصى لقرار مجموعة 5 م . على الرغم من أن FM المحلية موجة مستمرة البحوث رادار بدأ في وقت متأخر، ولكن مع زيادة الاستثمار في مجال البحوث، وقدم الكثير من البحوث في مجال التكنولوجيات مفتاح رادار FMCW، مثل تصحيح إشارة الإرسال الخطي ومراقبة التسرب والهدف التدخل خلفية قمع، وتصميم النظام، وما إلى ذلك < 11>.
بحث البحر لمتطلبات التطبيق رصد الغاية، توضح هذه الورقة التصميم التفصيلي لالرقمي الصلبة رادار FMCW الدولة، مع التركيز على التكنولوجيات الرئيسية لتوليد الموجي FMCW، صدى استقباله Dechirp معالجة وتجهيز الطيفي الرقمي، وما إلى ذلك ناقش بالتفصيل. وأخيرا، فإن النظام نتائج الاختبار.
1 تصميم النظام
بحث FMCW المراقبة بالرادار تكوين النظام هو مبين في الشكل 1. تنبعث أساسا من نظام هوائي الاستقبال، المكون الميكروويف، ومولد الموجي التجمع، وحدة التحكم في التردد وسيطة، وحدة معالجة الإشارات، وحدة تخزين البيانات، والتحكم عرض أجزاء سبعة الطرفية.
في الشكل 1، ومكونات توليد الموجي في إشارة نظام التحكم بالسيارة، لإنتاج المطلوب قناة الإرسال FMCW إشارة التردد المتوسط، وهي إشارة مرجعية ساعة مرجعية تزامن نظام FMCW المحلية. تتكون الجمعية من جزأين ميكروويف إرسال واستقبال القنوات. نقل قناة تلقي التجمع مولد الموجي يولد ساعة مرجعية وتردد وسيطة نقل FMCW معالجة الإشارات والسلطة upconverted انتاج محرك الهوائي، كما تردد الإنذار FMCW الإرسال، استقبال قناة الإشارات صدى عالية التردد حصل اثنان من هوائي معالجة Dechirp ومرحلة تضخيم، إشارة الناتج التناظرية للبحث الهدف وأغراض الرصد. IF وحدة التحكم هي العملية الأساسية للنظام، ونظام للبيانات توليد توقيت، لتوليد المطلوب إشارة الإرسال السيطرة الموجي. وفي الوقت نفسه، يتلقى وحدة التحكم في IF صدى إشارة Dechirp معالجتها ورقمية، وأرسلت حزمة معالجة الإشارات صدى إلى وحدة معالجة وتخزين البيانات وحدة الرقمية عبر واجهة الألياف. وحدة المعالجة الرقمية واجهة البصرية تتلقى الرقمية إشارة الرادار الصدى، والاتحاد الفرنسي للتنس، CFAR، والمشي الاعتراف الهدف تعويض عن بعد وعملية تتبع، ويتم احتساب الهدف التوجه المكاني النسبي لحاملة الطائرات وغيرها من المعلومات، إلى واجهة بصرية رقمية من خلال محطة التحكم بالعرض.
الرقمية محطات التحكم العرض، من جهة لإنتاج نظام رادار معايير التشغيل، وضع التشغيل نظام التحكم، والوجه الآخر يتلقى المعلومات المستهدفة التي تولدها الرقمية ينفذ حدة تجهيز ما بعد، ويتم عرض المعلومات المستهدفة بشكل حيوي على الشاشة، بما في ذلك الموقع والتوجه للجسم تتبع وثابت التنبؤ عرض المعلومات المستهدفة التي تهم النتائج من جزأين.
وخلال العملية، وإذا وحدة التحكم، والبيانات بين وحدة معالجة الإشارات وحدة تخزين البيانات باستخدام التفاعل بين عالية السرعة ميناء الإرسال التسلسلي جيجابت FPGA، معالجة البيانات وحدة وينفذ محطة التحكم بالعرض نقل البيانات باستخدام UDP بروتوكول الشبكة. عالية السرعة واجهة للاتصال وتستخدم وسائل الإعلام الألياف تبادل البيانات، لاستيعاب الحاجة إلى نشر حاملات مختلفة، مع تحسين التوافق الكهرومغناطيسي من الآلة كاملة.
2 نظام الإرسال والاستقبال تصميم الواجهة الأمامية
نظم غرد FMCW عموما استخدام إشارة موجة مستمرة (LFMCW) لنقل إشارة، والإشارة المستقبلة نهاية LFMCW صدى تأخير إشارة Dechirp لإعطاء المعلومات بعد الهدف والسرعة. وهكذا، عرض النطاق الترددي LFMCW والخطي من نظام يحدد بشكل مباشر على قرار مجموعة. LFMCW تجسيد الحالي يولد إشارة هناك أساسا اثنين: التكنولوجيا على أساس تردد المباشر الرقمية مركب (DDS) الفن تردد PLL المزج (PLL) القائمة. ويمكن للتكنولوجيا PLL كذلك التقاط وتتبع وتيرة المطلوبة، حجم صغير من السهل دمج، لكن وقتا طويلا تردد مستقرة التحويل، الخطي من الصعب التأكد من النطاق العريض، والتكنولوجيا DDS يمكن أن تنتج عالية الدقة وعالية الدقة على نطاق تردد واسع، سريعة FM إشارة موجة مستمرة ، ولكن الضوضاء المرحلة الثانوية ومكونات زائفة للإشارة الخرج، تخضع لمزيد من المعالجة للمرشح التناظرية لمواجهة انخفاض مرحلة نظام قياس الضوضاء مع مصدر إشارة عالية الدقة، وانخفاض الطلب زائفة. تصميم نظام أكثر تعقيدا وكلفة.
تصميم بالإضافة إلى الفرقة تمرير مرشح باستخدام تقنيات DDS إشارة LFMCW، وتخطيطيا للهيكل هو مبين في الشكل 2.
في الشكل 2، عالية الأداء DDS رقاقة AD9914 ADI ولدت إشارة LFMCW. AD9914 غير قادرة على انتاج ما يصل إلى 1.4 غيغاهرتز النطاق الترددي للإشارة الاجتياح، النطاق العريض زائفة مجموعة ديناميكية خالية من -52 DBC، 500 كيلو هرتز ضمن نطاق ضيق النطاق، زائفة مجموعة ديناميكية مجانية حتى -92 DBC. بعد أنتجت AD9914 اشارات غامضة LFMCW إشارة مرشح تمرير النطاق BPF1 مزيد من مرشح، وتضخيمها من قبل AMP1 مكبر للصوت والناقل نقل مختلطة، تتم إزالة عنصر تردد إشارة مختلطة من قبل الفرقة تمرير مرشح BPF2، والقوة ومن ثم من قبل بعد قوة تعزيز إشارة مكبر للصوت AMP2، لتغذية هوائي الإرسال.
الشكل البيانات الأمامية 3 يبين المتلقي تدفق نظام معالجة. بعد إشارة صدى في القنوات هوائي الاستقبال الاستقبال معالجة. في التلقي المسار، إشارة صدى من الضوضاء منخفضة مكبر للصوت (AMP4) والتضخيم، وممر الموجة عملية التصفية الأولى (وBPF 5) تدخل الفرقة التصفية، وبعد ذلك تعامل مع Dechirp LFMCW إشارة مرجعية محلية في خلاط، ممر الموجة تصفيتها (BPF6) لإعطاء إشارة صدى الهدف IF f_out. للقضاء على نفوذ تسرب إشارة الإرسال تلقي حساسية النظام الذي يستخدم تقنية تعكس إلغاء السلطة، ويقترن إشارة الإرسال الموهن لعملية قناة الاستقبال وإلغاء لزيادة القدرة على الكشف عن إشارة صدى هدف نظام ضعيفة.
3 IF الكشف عن إشارة صدى معالجة الهدف
لتعزيز قدرات ضعيفة الكشف عن إشارة، فإن النظام نفذت باستخدام AD9467 التناظرية إلى تحويل الرقمي للإشارات IF صدى الواردة. AD9467 التناظرية عرض النطاق الترددي إدخال 900 ميغاهيرتز، وقرار أخذ عينات من 16 نوعا، ويمكن تلبية احتياجات الكشف عن بعد للإشارة ضعيفة الهدف. بعد إخراج AD9467 الرقمية IF معالجة الإشارات بانخفاض تحويل صدى داخل FPGA للحصول على إشارة القاعدي. بعد القاعدي صدى إشارة وتزامن استخراج مع سرعة عالية حزمة واجهة نقل البيانات التسلسلي إرسالها إلى وحدة معالجة الإشارات لاستكمال الهدف الكشف.
وحدة معالجة الإشارات باستخدام FPGA + DSP معالجة الهندسة المعمارية، ونقل في الوقت الحقيقي ومعالجة الإشارات. أداء XILINX FPGA مرتفعا FPGA - XC7K325T. بعد المكالمة الأولى الأساسية FPGA IP الداخلية عالية السرعة الاتصالات، لتحقيق بالباود من 3.125 جيجابت / ثانية بيانات القاعدي صدى الاستقبال، ويتم تخزينها مؤقتا البيانات الواردة في FPGA الخارجية DDR3 SDRAM، ومرة أخرى قراءة في معالجة FPGA CFAR وتجهيز الاتحاد الفرنسي للتنس. DSP باستخدام TI C66x سلسلة DSP رقاقة TMS320C6657، لتحقيق الهدف إشارة الكشف عن استخراج معلومات مميزة بعد المعالجة CFAR.
4 تحليل نتائج الاختبار
FPGA في وحدة معالجة الإشارات، يتم تعيين معدل أخذ العينات 30 ميغاهيرتز، وذلك باستخدام مجموعة ChipScope 90000 القاعدي صدى نقطة البيانات، والبيانات المخزنة في MATLAB إعادة رسم لإعطاء FIG 4 (أ) الوقت الموجي نطاق هو مبين في الشكل. الهدف من اثنين من البضائع متوسطة الحجم، والمسافة من هوائي الرادار على بعد أربعة أميال البحر وعلى بعد خمسة أميال البحر. FIG 4 (ب) هو الطيف قوة FIG 4 (أ)، والبيانات التي تم الحصول عليها قاعدة الفرقة عن طريق إجراء التدريب. منذ RCS الهدف اثنان كبيرة وبعيدا عن وإشارة أعلى صدى الهدف إلى نسبة الضوضاء، وبالتالي فإن طيف الطاقة هي واضحة للعيان.
يتم عرض صغيرة الكشف عن الهدف نتيجة للرادار محطة 5. اثنين جنبا الى جنب كهدف القوارب الشراعية الصغيرة، وبعد المسافة رادار من 0.7 ميل بحري توسيع الحق بالنظر إلى الجانب الأيسر. يتضح من الشكل 5، ونظام FMCW مصممة لديه قرار مسافة عالية يمكن تمييزها بشكل فعال من الأهداف الصغيرة مماثلة.
5. الخاتمة
في هذه الورقة، تصميم وحدات، وتصميم مخطط لالبحري الهدف رادار FMCW المراقبة البحث باستخدام، للجيل إشارة LFMCW الإرسال، التكنولوجيا الرئيسية استقبال إشارة ضعيفة، وتجهيز تمت مناقشتها في التفاصيل صدى المعلومات. الإنذار RF جهاز الإرسال والاستقبال، والكشف عن الهدف وعرض ربط المكونات عالية السرعة واجهة البصرية، مما يسهل نشر منصات مختلفة. تظهر نتائج التحقق من صحة التجريبية التي يمكن للنظام كشف ضعف لتحقيق أهداف صغيرة ولديه قرار مجموعة جيدة، ولكن في الترقية، وضعف الكشف عن الهدف تحت نطاق الكشف فوضى لا تزال هناك كافية وتحتاج مزيد من التحسين للكشف عن الهدف خوارزمية أكثر في دراسة متعمقة.
مراجع
قوه تشينغ Q.High تقدير مدى دقة الرادار مستوى FMCW استنادا إلى مرحلة الاتحاد الفرنسي للتنس صفر مبطن .Signal المعالجة، 2004.Proceedings.ICSP'04.20047 الدولي للمؤتمرات on.IEEE، 2004،3: 2078-2081.
زان تشيدونغ يا تشينغ المغلفة أساس زقزق الطريقة منتشرة CW رادار تتراوح خوارزمية وتنفيذ الذخائر التكنولوجيا، 2014،35 (5): 748-752.
ليو تشن، جولي، والشمس فنغ. LFMCW مدى الرادار لتحسين دقة الخوارزمية تحسنت ZFFT . 2015 العاشرة موجة ملليمتر الوطنية، submillimeter الإجراءات الأكاديمية مؤتمر (ب)، 2015.
GERZAGUET R، ROS L، BELVEZE F، وآخرون al.Performance لإلغاء مقرها LMS الارسال الرقمي تسرب البرودة؛ الصقيع-rithm لاستقبال الترددات الراديوية متعددة المعايير .Digital معالجة الإشارات، 2016،51: 35-46.
يون سونغ، وانغ وانغ Xuegang، وما إلى ذلك تستند على الرادار RF تقنية إلغاء تسرب LMS الخوارزمية FOD THz للعلوم المعلومات والإلكترونيات، 2016 (1): 34-39.
YUEHONG M، L QIUSHENG، شياو لين Z.Research على الناقل تسرب التكنولوجيا إلغاء نظام FMCW .Advanced تكنولوجيا الاتصالات (ICACT)، 201618 المؤتمر الدولي on.IEEE، 2016: 7-9.
PEDERSEN J C.SCANTER 5000 و 6000 رادار الحالة الصلبة: استخدام من SCANTER 5000 و 6000 سلسلة الجيل القادم دولة ومتماسكة، والتنوع التردد والوقت تنوع الرادار مع برنامج تعريف وظيفة قوية لالتطبيقات الأمنية مؤتمر .Waterside الأمن (WSS) 2010 International.IEEE، 2010: 1-8.
HUGHES S، التطورات باون M.Ongoing إلى رادار SharpEye بالملحق .sea TECHNOLOGY، 2016،57 (3): 15-17.
واد B.SharPeye على "رادار technology'marine جديد .Radar أنظمة، 2007 IET الدولي للمؤتمرات on.IET، 2007: 1-5.
PACE P، الرسام R، HEINBACH K.Commercially متاح احتمال انخفاض الرادارات اعتراض وعدم التعاونية قدرات الاستقبال سواتل استخبارات .Monterey، كاليفورنيا، كلية الدراسات العليا البحرية، ومركز للخدمات المشتركة الحرب الالكترونية 2014.
جيا Yingxin وانغ يانفي. المحمولة فائقة الدقة SAR تصميم وتنفيذ مصدر الإثارة واسع النطاق رادار مجلة، 2013،2 (1): 77-85.
كون، يي تشن تشانغ Zicai. وبناء على المزج التردد PLL التكنولوجيا الحديثة الإلكترونية، 2007،30 (19): 110-111.
الخطية SCHEIBLHOFER S، SCHUSTER S، STELZER A.High السرعة FMCW الرادار تردد المزج مع DDS يستند .IEEE ميكروويف والآداب مكونات لاسلكية، 2007،17 (5): 397-399.
خط تشانغ، Shangxiao هو جين تاو، تشاو Meicong، وما إلى ذلك بناء على التوليف الرقمي المباشر للتصميم FPGA مصدر إشارة تصميم الهندسة الإلكترونية، 2016 (1): 172-174.
