雷达信号高速数据采集系统设计

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第27卷第6期增刊2006年6月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentV01．27No．6Jlln．2006雷达信号高速数据采集系统设计林连雷卜伟(哈尔滨工业大学哈尔滨150001)摘要为了满足试验中对雷达中频信号的采集和记录要求，设计了一个最高采样速率为400MHz、存储容量为4．8TB的数据采集系统。它具有数字存储式示波器和高速流盘两种工作模式，可同时对2路雷达信号和3路同步脉冲信号进行采集。该系统基于PCI总线，采用先进的FPGA作为控制核心，结构紧凑、功能强大。关键词雷达信号高速采集海量存储PCI总线FPGADesignofhigh。speeddataacquisitionsystemforradarsignalLinLianleiPuWei(HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)AbstractInordertOacquireandrecordintermediatefrequencysignalinradarexperimentation，adataacquisitionsystemwith400MHzsamplingfrequencyand4．8TBmassstoragewasdesigned．IthastWOwork-modes：DSOandhigh—speedsavingdisk，andcarlsampletworadarsignalsandthreesynchronouspulsesignalssynchronously．BasedonPCIbusandusingadvancedFPGAascontrolcore，thissystemhasacompactstructureandstrongfunctions．Keywordsradarsignalhigh—speeddataacquisitionmassstoragePCIbusFPGA1引言在雷达实验中为了更好地研究雷达性能和效能，需要对雷达回波信号进行采集和记录。随着电子技术的发展，A／D芯片的采样速率和存储器的容量都有了很大地提高，使得在中频直接对雷达回波信号进行采集和记录成为可能。本文介绍了一个高速大容量数据采集系统的设计方法，它采用ADC9430和大容量硬盘分别作为数据采集器和数据存储器，采用先进的FPGA作为整个系统的控制核心，实现了最高400MHz的采样率和4．8TB的存储容量。2总体方案设计数据采集系统的整体结构如图1所示，由数据采集卡和数据存储卡组成，它们都是基于PCI总线的。数据采集卡主要负责对雷达信号和同步脉冲信号的采集，它具有数字存储式示波器(DSO)和高速流盘两种工作模式。在示波器模式下，支持多种触发源和多种触发方式，采集的数据经过板上缓存后通过采集卡的PCI接口送至计算机软件处理；在高速流盘模式下，大量的数据通过电缆送至存储卡，在存储卡的管理下存储到硬盘阵列。在需要时流盘中的数据由数据存储卡的PCI接口直接读走。图1系统整体结构图3数据采集卡的设计数据采集卡原理图如图2所示，它支持2路模拟信号和3路脉冲信号的数据采集，具有2路外触发接口。对于模拟信号，能够实现单路最高400MHz和双 第6期增刊雷达信号高速数据采集系统设计1385图2数据采集卡原理图路同时200MHz的高速采集；对于脉冲信号，能够提供高达20ns的定时精度；支持DS0和高速流盘两种工作模式，并且支持多种触发方式。3．1前端模拟电路设计采集卡的模拟电路包括信号调理部分和A／D转换电路部分，信号调理部分主要实现对信号的阻抗匹配、衰减／放大和抗混叠滤波等，信号调理电路受FPGA控制。为了保证采集信号的精度和速度，A／D转换电路采用12bR的AD9430芯片，它的最高采样速率为210MHz。ADC0直接对应模拟通道0，ADCl通过继电器连接通道0和通道1。当继电器切换到通道0时，两个AD芯片并行采样，可实现对通道0高达400MHz的数据采集；当继电器切换到通道1时，两个ADC芯片单独采样一路模拟信号，可实现同时对两通道200MHz的数据采集。ADC的时钟及控制信号由FPGA提供。3．2数宇电路设计数字电路包括核心控制电路FPGA、数据缓存双端口RAM和PCI接口电路。FPGA是整个采集卡的控制核心，采用ALTERA公司的CycloneEPlC20。它主要负责控制前端的信号调理电路和A／D转换电路，对采集数据进行缓冲处理，支持多种触发源的多种触发方式，对3路脉冲信号进行定时计数，控制双端口RAM的输入存入，与PCI9054进行通讯，向存储卡写入数据等。双端口RAM主要提供DSO模式的数据缓存功能，触发之后FPGA控制将AD转换的数据存入双端口RAM，然后通知上位机将数据读走。PCI接口电路采用PCI9054实现，它提供主／从模式，支持DMA传输，可以提高数据的传输速率。4存储电路设计存储电路由存储控制卡和硬盘阵列组成，存储控制卡由1个主控制卡和4个子控制卡组成，硬盘阵列由16个300GB的硬盘组成。主控制卡基于PCI总线并与数据采集卡相连，每个子卡管理4个硬盘。采集的数据通过电缆传至主卡，再由主卡分给子卡，子卡控制硬盘实现并行的高速数据存储。硬盘中存储的数据由主卡的PCI接口直接读到上位机。5结论本文介绍了一种雷达信号高速大容量数据采集系统的设计方法。通过实际的测试表明，该系统满足设计要求，功能稳定。参考文献[1]孙风荣，吕卫祥，贾金伟．一种高速数据采集／重放系统的实现[J]．现代雷达，2005(7)：17—19．E23邹林，汪学刚．400Mhz高速数据采集系统的设计与实现[J]．电讯技术，2004(4)：121—124．E33肖秋．高速数据采集卡在雷达信号采集和分析中的应用EJ]．火控雷达技术，2001(9)：26—30．(上接第1368页)5结束语本论文采用内存共享技术，实现了一种多CPU间高速数据通信方法，完成了单CPU无法完成的系统功能，同时采用主备通道热备份的方式提高了系统可靠性能，实现了一种高精度、高速率、双余度的航空发动机参数采集系统。参考文献[1]张永孝．直升机飞控系统的计算机冗余设计[J]．航空计算技术，1996(3)．[2]GJBl81A一2003．飞机供电特性．2003，7．[3]TexasInstruments．TMS320C3xuser’Sguide[Z]．1997．7． 雷达信号高速数据采集系统设计作者：林连雷，卜伟作者单位：哈尔滨工业大学,哈尔滨,150001本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6350026.aspx