专利名称：多功能雷达数据采集卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达系统中的信号采集与数据处理系统，尤其是与雷达显控终端的数据显示、检测、录取和识别处理相关。
背景技术：
随着军事、航空、航天等技术的飞速发展，对雷达系统设计提出了模块化、数字化、 多功能以及微型化要求。只有雷达系统各�？槭迪至烁叨燃苫拍茉谟邢薜奶寤椭亓糠段冢状锵低程峁└岣坏墓δ�。也只有将雷达前端接收的回波信号数字化之后， 才能采用各种先进的数字信号处理技术实现雷达系统的多功能特性，因此集成化设计与数字化处理是现代雷达系统研制的基本前提与必然要求。雷达数据采集就是使用模/数变换器将雷达系统前端接收的模拟回波信号转换为数字回波信号，并且发送到后端信号与数据处理系统提供给显示、检测、录取和识别等处理过程。现代雷达系统，包括对海监视雷达，都是采用数字处理方式，将目标点迹显示、目标距离显示、目标轮廓显示集成在一个显示器上，实现了集成化设计。目标检测/跟踪和回波数据记录则是采用分布式设计，使用独立的数据采集和处理通道对雷达回波数据进行模/ 数变换和数字处理。这样至少需要三路模/数变换通道分别为显示、检测和录取提供雷达回波数据。这种分布式设计模式的好处是增强了显示、检测和录取�？榈亩懒⑿裕沟酶鞲瞿？榭梢远懒⒐ぷ鳎ゲ桓扇牛瞧淙钡闶翘寤螅试粗馗矗焕诶状锵低吃谠爻�、飞机、舰船、空间平台等对体积和重量有严格要求的平台上应用。随着对海监视雷达目标识别技术的发展，逐步解决了海上舰船目标的特征提取、 分类识别与模板训练等问题，对海监视雷达目标识别系统已经开始在对海监视雷达系统中试用。这使对海监视雷达系统又多了一路目标识别数据采集和处理通道，既增加了雷达系统的体积和重量，又造成资源高度重复。事实上，对海监视雷达系统的显示、检测、录取和识别等用途使用的数据源都是数字化的雷达回波，只是回波数据的采样率和距离波门有所不同而已。随着超大规模集成电路和计算机技术的发展完全可以使用一路数据采集通道，先将对海监视雷达系统的雷达模拟回波信号变换为雷达数据，再经过数字抽样和延迟处理，将不同抽样率和不同距离波门的回波数据分别发送到显示、检测、录取和识别等处理�？椋锏绞只�、集成化、微型化的设计目的。目前公开的技术文档尚未涉及这方面的内容。
发明内容
本发明要解决的技术问题是充分利用超大规模集成电路和计算机技术，设计多功能雷达数据采集卡，使用单个数据采集通道为对海监视雷达的显示、检测、录取和识别等处理提供不同采样率和不同距离波门的雷达回波数据，实现对海监视雷达后端信号与数据处理系统的数字化、智能化、集成化和微型化设计。
本发明的技术方案具有以下特点(1)现役对海监视雷达后端信号与数据处理系统的显示、检测和录取通常使用独立的雷达回波数据采集通道，并且不具有目标识别需要的高保真回波数据采集能力。而本发明将显示、检测、录取和识别的雷达回波数据采集功能集成在一起，使用单个数据采集通道完成所有雷达回波数据采集功能。(2)本发明将模-数变换器的“硬采样”与 FPGA (Field Programmable GateArray, 现场可编程门阵列)芯片数字控制逻辑�？榈摹叭沓檠苯岷显谝黄穑�-数变换器以最高速率对模拟雷达回波信号进行数字采样，在FPGA芯片内根据显示、检测、录取和识别的不同要求，对雷达回波数据进行按需抽样，得到不同采样率和不同距离波门的雷达回波数据。(3)对海监视雷达系统后端信号与数据处理系统的目标识别功能对雷达回波数据有特殊要求，要求目标回波与背景噪声有明显的幅度对比，并且雷达回波数据不能出现截顶和截底现象，即雷达目标回波必须处于亚饱和状态。本发明设计了程控增益控制电路和程控偏置控制电路，用来将雷达目标回波调整到亚饱和状态，满足目标识别功能的需要。(4)对海监视雷达系统后端信号与数据处理系统的录取功能对雷达回波数据有特殊要求，要求能够快速准确地记录值班过程发生的异�：Ｇ橐约疤厥饽勘甑母弑Ｕ婊夭�。 本发明设计了“所见即所得”的采集控制逻辑，用来将雷达值班员在后端信号与数据处理系统的显示器上观察到的异常海情和特殊目标的高保真回波快速准确地记录下来。本发明的多功能雷达数据采集卡包括雷达信号接口、雷达信号调理�？�、模/数变换�？�、卡上存储器、全局时钟�？�、高速通信接口和数字控制逻辑�？椤＠状镄藕沤涌诖油獠拷邮绽状锬Ｄ饣夭ㄐ藕�、雷达天线信号和雷达同步信号，并将上述三种信号输出至进入雷达信号调理�？�。雷达模拟回波信号进入雷达信号调理�？楹缶撼宸糯�、程控增益控制和程控偏置控制处理后送入模/数变换�？椋Ｄ�-数字转换后形成雷达回波数据，雷达回波数据输入数字控制逻辑�？椋皇挚刂坡呒？榘凑詹煌某檠噬柚煤筒煌木嗬氩派柚梅直鹛粞〕鱿允�、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，暂存到卡上存储器中；数字控制逻辑�？榻邮沾痈咚偻ㄐ沤涌诜⑺凸吹亩寥∈菝睿允�、检测、 录取和识别用途的雷达回波数据分别从高速通信接口发送给外部应用系统。雷达天线信号是多位数字信号(位数由具体应用决定)，从雷达信号接口进入雷达信号调理�？椋指衾氪砗笏腿胧挚刂坡呒？椋挚刂坡呒？槎岳状锾煜咝藕沤惺莩檠袢√煜叻轿皇荩荽嬖诳ㄉ洗娲⑵髦校惶煜叻轿皇菟嫦允�、检测、录取或者识别用途的雷达回波数据一起从高速通信接口发送给外部应用系统。雷达同步信号，也叫雷达触发脉冲，从雷达信号接口进入雷达信号调理模块，经数字隔离处理后送入数字控制逻辑�？椋挚刂坡呒？橐岳状锿叫藕盼斫谂慕胁煌某檠噬柚煤筒煌木嗬氩派柚茫檠噬柚煤筒煌木嗬氩派柚糜删咛逵τ镁龆�。雷达信号接口包括雷达模拟回波信号、雷达天线信号和雷达同步信号的物理接口，分别满足雷达模拟回波信号、雷达天线信号和雷达同步信号的机械电气特性要求，负责将这些信号接入雷达信号调理�？椤＠状镄藕诺骼砟？榉治状锾煜咝藕诺骼�、雷达同步信号调理和模拟回波信号调理三个子模块。雷达天线信号调理子�？橛闪郊洞姆敲诺缏纷槌�。雷达同步信号调理子�？橛闪郊洞姆敲诺缏纷槌伞Ｊ褂昧郊斗敲诺缏范孕藕沤惺指衾氪恚缓笏腿胧挚刂坡呒？�。模拟回波信号调理子�？楦涸鸲岳状锬Ｄ饣夭ㄐ藕沤谢撼宸糯�、 程控增益控制和程控偏置控制处理，使雷达模拟回波信号的动态范围和直流偏置电平落入模/数变换�？榈恼９ぷ鞣段е冢缓笏腿肽�/数变换�？�。模拟回波信号调理子�？榉治撼宸糯�、程控增益控制和程控偏置控制三级电路。缓冲放大电路使用单位增益的运算放大器实现，负责将雷达模拟回波信号与对外部系统隔离开来，使多功能雷达数据采集卡的接入不致影响对外部系统本身的信号通道特性。 程控增益控制电路包括程控增益放大器、数/模变换器和运算放大器，数字控制逻辑�？槭涑龅某炭卦鲆婵刂泼罹�/模变换器转换为增益控制模拟信号，增益控制模拟信号经过运算放大器放大过滤后，输出到程控增益放大器，程控增益放大器对雷达模拟回波信号进行放大处理输出给程控偏置控制电路。程控偏置控制电路包括加法器、数/模变换器和运算放大器，数字控制逻辑模块输出的程控偏置控制命令经数/模变换器转换为偏置控制模拟信号，偏置控制模拟信号经过运算放大器放大过滤后，输出到加法器，加法器将偏置控制模拟信号和经程控增益控制电路处理后的雷达模拟回波信号叠加起来，输出至模/数变换模块。卡上存储器分为两组，构成乒乓操作模式，第一组存储器处于写访问状态时，第二组存储器则处于读访问状态；第一组存储器处于读访问状态时，第二组存储器则处于写访问状态。这样既避免了读写访问冲突，也保证了雷达回波数据的实时存储。全局时钟�？榘ňд窈褪敝庸芾砥�。晶振产生固定频率的基准信号输出给时钟管理器，时钟管理器对基准信号依次进行倍频、分频和延迟处理，根据显示、检测、录取和识别用途对雷达回波数据的抽样率要求，使用最小公倍数方法(Lease Common Multiple, LCM)形成全局采样时钟，输出给模/数变换�？楹褪挚刂坡呒？�。设显示、检测、录取和识别用途的抽样率分别为fm、fd、fs和fr，那么ff = LCM(fm, fd, fs, fr)，即模/数变换�？榈娜植裳敝拥钠德�。模/数变换模块以全局采样时钟为采样率对雷达模拟回波信号进行模拟-数字转换，得到雷达回波数据，送入数字控制逻辑模块。高速通信接口使用 PCI (Peripheral Controller Interface)总线，由 PCI 接口控制芯片组成。数字控制逻辑�？槔肍PGA芯片实现，包括天线信号抽样逻辑、程控增益控制逻辑、程控偏置控制逻辑、存储器操作逻辑、一体化状态机抽样逻辑和PCI接口通信逻辑。天线信号抽样逻辑、程控增益控制逻辑、程控偏置控制逻辑和存储器操作逻辑均由寄存器组成。PCI接口通信逻辑包括寄存器和译码器，在全局时钟信号的作用下，从高速通信接口接收控制命令存储至寄存器，经译码器译码后输出至相应逻辑。控制命令包括数字控制逻辑�？楦次幻�、程控增益控制命令、程控偏置控制命令、采集参数设置命令、启动采集命令、清除采集命令和读取数据命令。PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收数字控制逻辑�？楦次幻疃允挚刂坡呒？榻腥指次唬故挚刂坡呒？榘ǖ乃屑拇嫫骱鸵肼肫骰氐匠跏甲刺CI接口通信逻辑从高速通信接口接收采集参数设置命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，采集参数设置命令在一体化状态机抽样逻辑中用来设置显示、检测、录取和识别用途的抽取控制参数，包括显示延迟点数(M_DN)、显示计数长度 (M_LN)、显示抽样率(M_SN)参数，检测延迟点数(D_DN)、检测计数长度(D_LN)、检测抽样率(D_SN)参数，录取延迟点数(S_DN)、录取计数长度(S_LN)、录取抽样率(S_SN)参数，识别延迟点数(R_DN)、识别计数长度(R_LN)、识别抽样率(R_SN)参数。PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收启动采集命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，启动采集命令在一体化状态机抽样逻辑中用来控制的雷达回波数据抽取过程。PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收清除采集命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，清除采集命令在一体化状态机抽样逻辑中用来控制的“所见即所得”雷达回波数据抽取过程。“所见即所得”是指雷达操作员在后端信号与数据处理系统观察到的异�：Ｇ榛蛘咛厥饽勘甑睦状锘夭ㄊ菔保喙δ芾状锸莶杉ㄗ既仿既『褪侗鸬哪芰�。雷达操作员在后端信号与数据处理系统观察到异�：Ｇ榛蛘咛厥饽勘晔保喙δ芾状锸莶杉ɑ峤邮盏角宄杉睿宄娲⑵髦械幕捍媸荩� 继续执行其工作流程。PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收读取数据命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，读取数据命令在一体化状态机抽样逻辑中用来从SRAM中读取显示、检测、录取和识别用途的回波数据。一体化状态机抽样逻辑包括若干计数器、寄存器、译码器、比较器，在全局时钟信号的作用下，根据显示、检测、录取和识别用途对回波数据的抽样率要求，使用雷达回波数据相对雷达同步信号上升沿的延迟点数表示距离波门的前沿位置，使用雷达回波数据相对距离波门前沿的计数长度表示距离波门的宽度，分别计算每种用途数据的距离波门的前沿位置和长度，根据显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据抽取间隔，对全局采样时钟信号进行间隔计数，生成正确的地址，抽取正确的数据，缓存到卡上存储器中。在一体化状态机抽样逻辑中，显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据抽取间隔分别为 M_SN = ff/fm、D_SN = ff/fd、S_SN = ff/fs、R_SN = ff/fr，显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据的距离波门的前沿位置和长度分别为M_DN、M_LN、D_DN、D_LN、S_ DN、S_LN、R_DN、R_LN，即以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟M_DN个全局时钟周期之后，每隔(M_SN-1)个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为显示用途的数据，直到存储完M_LN个显示用途的数据；以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟D_DN个全局时钟周期之后，每隔(D_SN-1)个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为检测用途的数据，直到存储完0_1^个检测用途的数据；以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟S_DN个全局时钟周期之后，每隔(S_SN-1)个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为录取用途的数据，直到存储完S_LN个检测用途的数据；以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟R_DN 个全局时钟周期之后，每隔(R_SN-1)个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为识别用途的数据，直到存储完R_LN个识别用途的数据。在一体化状态机抽样逻辑中，将雷达回波数据抽样工作过程划为12种状态，分别为(1)启动状态。该状态表示数字控制逻辑�？槌醮渭拥纾蛘呤盏絇CI接口通信逻辑发送过来数字控制逻辑�？楦次幻睿诓康募剖�、寄存器、译码器设置为原始值的过程。该状态需要经历一段时间，才能使内部的计数器、寄存器、译码器进入稳定的原始状态。(2)初始化状态。该状态表示接收外部发送过来的采集参数设置命令，该命令包含显示延迟点数(M_DN)、显示计数长度(M_LN)、显示抽样率(M_SN)参数，检测延迟点数(D_ DN)、检测计数长度(D_LN)、检测抽样率(D_SN)参数，录取延迟点数(S_DN)、录取计数长度(S_LN)、录取抽样率(S_SN)参数，识别延迟点数(R_DN)、识别计数长度(R_LN)、识别抽样率 (R_SN)参数，对各种寄存器进行初始化操作，为一体化状态机控制逻辑做好参数准备。在一体化状态机抽样逻辑中，初始化状态的具体实现方式为在初始化状态里，从外部接收采集参数设置命令，为后续控制状态做好各种参数准备。外部发送到一体化状态机抽样逻辑的控制命令状态参数的字长是(M+N)位的，其中低N位是地址位，表示控制状态参数的类型和属性，比如属于显示、检测、录取还是识别控制参数，属于延迟点数、抽样长度还是抽样率参数，高M位才是具体的状态参数。外部发送的(M+N)控制状态参数分别被缓存进N位寄存器中和M位寄存器，N位地址译码器对N位地址数据进行译码再控制M为控制状态参数具体被锁存到对应的参数寄存器中。(3)空闲状态。该状态表示初始化工作已经完成，可以开始工作了。一体化状态机抽样逻辑每接收到一次雷达同步信号完成一次采样控制之后，都会进入该状态等待下一次雷达同步信号的到来。(4-7)显示延迟、检测延迟、录取延迟、识别延迟。这4个状态在一体化状态机抽样逻辑中是并行执行的，处于空闲状态的一体化状态机抽样逻辑，先接收到对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的启动采集命令，然后等待雷达同步信号。一旦检测到雷达同步信号的上升沿，则同步进入这4个并行延迟状态。在延迟状态里， 4个延迟计数器分别对全局时钟信号进行延迟计数，与各自的延迟点数寄存器进行比较，延迟计数结果等于延迟点数寄存器的值(M_DN、D_DN、S_DN以及R_DN)时，结束延迟状态，进入抽样状态。在一体化状态机抽样逻辑中，延迟状态的具体实现方式为一体化状态机抽样逻辑有4个并行的延迟状态，分别控制显示、检测、录取和识别的抽样延迟计数，得到对应的距离波门前沿位置。一体化状态机抽样逻辑设置了 4个M位计数器同时对采样时钟信号进行计数，计数结果分别输出到4个M位比较器与初始化状态里设置的显示延迟点数(M_DN)、 检测延迟点数(D_DN)、录取延迟点数(T_DN)、识别延迟点数(R_DN)进行比较，如果哪个计数器的计数结果等于对应的延迟点数数值，则表示找到了对应的距离波门的前沿位置，停止计数，进入对应的抽样状态。因为录取、显示、检测和识别的距离波门前沿位置可能是不一致的，延迟计数的结束时间也可是不同步的，不会同时进入抽样状态，所以一体化状态机抽样逻辑没有使用单一的延迟状态来进行控制状态的转换。(8-11)录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样。这4个状态在一体化状态机抽样逻辑中也是并行执行的，但是由于显示、检测、录取和识别的延迟点数各不相同，因此不是同步进入这4个并行抽样状态。在抽样状态里，显示、检测、录取和识别分别使用2个计数器进行计数；第一级计数器对采样时钟进行加法计数，并且与抽样率寄存器进行比较，计数长度等于抽样率寄存器的值(M_SN、D_SN、S_SN以及R_SN)时，自我清零，输出1个计数脉冲，使第二级计数器加法计数1次；如果第二级计数器的计数结果小于计数长度寄存器的值(M_LN、D_LN、S_LN以及R_LN)，第1个长度计数器就循环工作，直到第二级计数器的计数结果等于计数长度寄存器的值(M_LN、D_LN、R_LN以及R_LN)时，就结束抽样状态，进入完成状态。在一体化状态机抽样逻辑中，抽样状态的具体实现方式为一体化状态机抽样逻辑有4个并行的抽样状态，分别控制显示、检测、录取和识别的抽样长度计数，得到对应长度的回波数据，生成正确的存储地址。显示、检测、录取和识别不是同步进入抽样状态，抽样结束时刻也不相同，但是在下一次触发脉冲到来之前，都会完成抽样。每个抽样状态使用了 2级计数器、比较器控制逻辑，第一级比较器先对采样时钟信号进行计数，当计数结果与抽样率寄存器的数值相等时，表示从采样数据流中抽取一次数据，输出一次抽样脉冲，第一级计数器清零重新开始计数。第二级计数器对第一级比较器输出的抽样脉冲进行计数，当计数结果与抽样长度寄存器中的数值相等时，表示得到了对应长度的抽样数据，使第一级计数器和第二级计数器同时停止计数，进入抽样完成状态。在抽样状态里，第二级计数器的计数结果同时也是抽样后的数据的存储地址。(12)抽样完成。只有当并行工作的4个抽样状态(录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样)都结束抽样状态时，才表示一体化状态机抽样逻辑中完成1次采样，回还到空闲状态。多功能雷达数据采集卡的工作流程如下①多功能雷达数据采集卡安装在对海监视雷达后端信号与数据处理系统的PCI 插槽中，对海监视雷达的雷达模拟回波信号、雷达天线信号和雷达同步信号连接至多功能雷达数据采集卡的对应信号接口上。②多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的数字控制逻辑�？楦次幻睿远喙δ芾状锸莶杉ń腥指次唬� 一体化状态机抽样逻辑处于启动状态；多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的采集参数设置命令，设置一体化状态机抽样逻辑中的显示、检测、录取和识别用途的抽取控制参数，一体化状态机抽样逻辑处于初始化状态。③多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的程控增益控制命令，设置雷达信号调理�？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈某炭卦鲆婵刂频缏罚欢喙δ芾状锸莶杉ń邮斩院＜嗍永状锖蠖诵藕庞胧荽硐低炒痈咚偻ㄐ沤涌诜⑺凸吹某炭仄每刂泼睿柚美状镄藕诺骼砟？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈某炭仄每刂频缏�。④多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的启动采集命令，控制一体化状态机抽样逻辑的雷达回波数据抽取过程。 一体化状态机抽样逻辑如果接收到清除采集命令，则判断是要退出采集还是等待下一个启动采集命令；如果没有接收到清除采集命令，则等待雷达同步信号，一体化状态机抽样逻辑处于空闲状态。一体化状态机抽样逻辑如果接收到雷达同步信号，则处于显示延迟、检测延迟、录取延迟、识别延迟。延迟状态结束后，进入录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样， 生成存储器地址，抽取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，存储到卡上存储器中。 抽样状态结束后，一体化状态机抽样逻辑处于空闲状态，多功能雷达数据采集卡通过向高速通信接口向对海监视雷达后端信号与数据处理系统发送数据采集完成通知。⑤多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的读取数据命令，控制SRAM操作逻辑从卡上存储器中读取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，通过高速通信接口发送到海监视雷达后端信号与数据处理系统。
⑥多功能雷达数据采集卡循环执行③ ⑤，海监视雷达后端信号与数据处理系统源源不断地获取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据。采用本发明可以达到以下技术效果多功能雷达数据采集卡使用一路模-数变换器“硬采样”，多路并行“软抽样”代替原来的多路模-数变换器“硬采样”，能够有效减少雷达后端信号与数据处理系统的复杂性，，降低硬件资源的占有率和生产成本。使用一体化状态机控制逻辑来实现数字控制逻辑�？橹卸嗦凡⑿小叭沓檠惫讨懈髦止ぷ髯刺淖唬梢蕴岣呖刂剖毙虻奈榷ㄐ裕苊庋俏榷ㄗ刺牟欣诶状锖蠖诵藕庞胧荽硐低车某な蔽榷üぷ�。具体表现在(1)减少雷达后端信号与数据处理系统的复杂性，降低硬件资源的占有率和生产成本。雷达后端信号与数据处理系统显示、检测、录取和识别处理使用的数据源是一样的， 都是雷达系统前端接收的雷达模拟回波。传统方法使用多个独立的采集通道提供不同采样率的数据，分别供显示、检测、录取和识别处理使用，使用多路模-数变换器，控制逻辑设计复杂。本发明将传统的多路数据采集简化为一路，辅以多路并行“软抽样”，将采集通道数降低为原来的ι/χ(χ表示原来的通道数)，数字控制逻辑模块占用的硬件资源也比原来大幅降低。(2) 一体化状态机控制逻辑可以提高控制时序的稳定性。一体化状态机控制逻辑使用全局时钟信号，将工作过程划分为12种状态，状态转换具有明确的定义，除了少量的接口信号之外，所有工作信号都限制在每个局部状态内，减少了不同状态之间的信号交互， 提高了控制时序的稳定性。多功能雷达数据采集卡在雷达综合显控系统中的应用表明，本发明能够有效减少雷达后端信号与数据处理系统的复杂性，降低硬件资源的占有率，同时提高控制时序的稳定性。
图1是多功能雷达数据采集卡的组成框图；图2是多功能雷达数据采集卡雷达信号调理�？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈淖槌煽蛲迹煌�3是多功能雷达数据采集卡数字控制逻辑�？榈淖槌煽蛲迹煌�4是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的状态转移框图；图5是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的初始化状态的工作原理框图；图6是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的延迟状态的工作原理框图；图7是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的抽样状态的工作原理框图；图8是多功能雷达数据采集卡的工作流程图。
具体实施例方式图1是多功能雷达数据采集卡的组成框图，由雷达信号接口、雷达信号调理�？�、模/数变换模块、卡上存储器、全局时钟�？�、高速通信接口和数字控制逻辑�？樽槌伞６喙δ芾状锸莶杉ㄐ枰佣院＜嗍永状锵低郴袢〉男藕虐ɡ状锬Ｄ饣夭ㄐ藕�、雷达天线信号和雷达同步信号。显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据和天线方位数据通过高速通信接口传输到对海监视雷达后端信号与数据处理系统，多功能雷达数据采集卡的控制命令也通过高速通信接口发送。图2是多功能雷达数据采集卡雷达信号调理�？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈淖槌煽蛲迹Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榉治撼宸糯�、程控增益控制和程控偏置控制三级电路。缓冲放大电路使用单位增益的运算放大器实现。程控增益控制电路使用程控增益放大器、数/模变换器和运算放大器实现，程控增益控制电路按照对海监视雷达后端信号与数据处理系统设定的增益对雷达模拟回波信号进行放大处理。程控偏置控制电路使用加法器、数/模变换器和运算放大器实现，程控偏置控制电路按照对海监视雷达后端信号与数据处理系统设定的直流偏置对雷达模拟回波信号进行直流偏置调整。图3是多功能雷达数据采集卡数字控制逻辑模块的组成框图，分为天线信号抽样逻辑、程控增益控制逻辑、程控偏置控制逻辑、一体化状态机抽样逻辑、存储器操作逻辑和 PCI接口通信逻辑。图4是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的状态转移框图。一体化状态机控制逻辑的工作过程划为12种状态启动、初始化、空闲、录取延迟、显示延迟、检测延迟、识别延迟、录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样、抽样完成，其中录取延迟、显示延迟、检测延迟、识别延迟这4种延迟状态是并行执行的，构成并行延迟状态，录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样这4种状态也是并行执行的，构成并行抽样状态。实际工作过程中，主要在空闲、并行延迟、并行抽样和抽样完成之间进行状态转移。一体化状态机控制逻辑初次加电，或者收到外部发送过来复位(Reset)信号，就进入启动状态，该状态将一体化状态机控制逻辑内部的信号、寄存器和计数器等设置为原始值。该状态需要经历一段时间，才能使内部的信号、寄存器和计数器等资源进入稳定的原始状态。启动状态结束自动转入初始化状态，一体化状态机控制逻辑在初始化状态接收外部发送过来的各种参数，设置内部的各种寄存器，为一体化状态机做好参数准备。初始化状态结束自动转入空闲状态，表示一体化状态机控制逻辑可以接收触发脉冲信号，进行抽样工作了。一体化状态机控制逻辑每接收到一次触发脉冲信号(SYNC PULSE)完成一次采样控制之后，都会进入该状态等待下一次触发脉冲信号(SYNC PULSE)的到来。一体化状态机控制逻辑检测到触发脉冲信号的上升沿，就进入并行延迟状态，录取延迟、显示延迟、检测延迟、识别延迟同时开始工作。在延迟状态里，4个延迟计数器分别对采样时钟进行延迟计数，与各自的延迟点数寄存器进行比较，延迟计数结果等于延迟点数寄存器的值(T_DN、M_DN、D_DN以及R_DN)时，表示找到了对应距离波门的前沿位置，结束延迟状态，进入抽样状态。由于录取、显示、检测和识别的延迟点数各不相同，因此不是同步进入4个并行延迟状态(录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样)。在抽样状态里，录取、显示、检测和识别分别使用2个长度计数器进行计数，生成正确的存储地址，抽样得到正确的显示回波数据，当第2个长度计数器的计数结果等于计数长度寄存器的值(T_LN、M_LN、D_LN以及R_LN)时，就结束抽样，进入完成状态。当并行工作的4个抽样状态都结束抽样状态时，表示一体化状态机控制逻辑完成 1次采样，回还到空闲状态。图5是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的初始化状态的工作原理框图。外部发送到一体化状态机控制逻辑的控制状态参数的字长是(M+N)位的，其中低N位是地址位，表示控制状态参数的类型和属性，比如属于录取、显示、检测还是识别控制参数， 属于延迟点数、抽样长度还是抽样率参数，高M位才是具体的状态参数。外部发送的(M+N) 控制状态参数分别被缓存进N位寄存器中和M位寄存器，N位地址译码器对N位地址数据进行译码后再控制M为控制状态参数具体被锁存到对应的参数寄存器中，主要是录取延迟点数(T_DN)、录取计数长度(T_LN)、录取抽样率(T_SN)、显示延迟点数(M_DN)、显示计数长度 (M_LN)、显示抽样率(M_SN)、检测延迟点数(D_DN)、检测计数长度(D_LN)、检测抽样率(D_ SN)、识别延迟点数(R_DN)、识别计数长度(R_LN)、识别抽样率(R_SN)参数。图6是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的延迟状态的工作原理框图。一体化状态机控制逻辑有4个并行的延迟状态，每个延迟状态的控制方式都是相同的， 分别使用1个寄存器、1个计数器和1个比较器来进行工作控制。M位延迟点数寄存器里存储的是延迟点数参数(录取延迟点数(T_DN)、显示延迟点数(M_DN)、检测延迟点数(D_DN) 和识别延迟点数(R_DN))，M位加法计数器对采样时钟信号进行加法计数，M位比较器对加法计数结果和寄存器的值进行比较，如果计数结果等于对应的延迟点数数值，则表示找到了对应的距离波门的前沿位置，产生延迟脉冲信号END_D，控制M位加法计数器停止计数， 进入抽样状态。图7是多功能雷达数据采集卡一体化状态机控制逻辑的抽样状态的工作原理框图。一体化状态机控制逻辑有4个并行的抽样状态，每个抽样状态的控制方式都是相同的， 分别使用2个寄存器、2个计数器和2个比较器来进行工作控制。第一级M位抽样率寄存器里存储的是抽样率参数(录取抽样率(T_SN)、显示抽样率(M_SN)、检测抽样率(D_SN)、识别抽样率(R_SN))，第一级M位加法计数器对采样时钟信号进行加法计数，第一级M位比较器对第一级加法计数结果和第一级寄存器的值进行比较，如果计数结果等于对应的抽样率数值，则表示找到了正确的回波数据位置，产生抽样率脉冲信号END_S，控制第一级M位加法计数器清零，循环计数，第二级M位加法计数器对第一级比较器输出的抽样率脉冲信号 END_S进行计数，当计数结果与第二级M位抽样长度寄存器中的数值相等时，表示得到了对应长度的抽样数据，使第一级M位加法计数器和第二级M位加法计数器同时停止计数，进入抽样完成状态。在抽样状态里，第二级计数器的计数结果同时也是抽样后的数据的存储地址。图8是多功能雷达数据采集卡的工作流程图，具体流程如下①多功能雷达数据采集卡安装在对海监视雷达后端信号与数据处理系统的PCI 插槽中，对海监视雷达的雷达模拟回波信号、雷达天线信号和雷达同步信号连接至多功能雷达数据采集卡的对应信号接口上。②多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的数字控制逻辑�？楦次幻睿远喙δ芾状锸莶杉ń腥指次唬� 一体化状态机抽样逻辑处于启动状态；多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的采集参数设置命令，设置一体化状态机抽样逻辑中的显示、检测、录取和识别用途的抽取控制参数，一体化状态机抽样逻辑处于初始化状态。③多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的程控增益控制命令，设置雷达信号调理模块中模拟回波信号调理子�？榈某炭卦鲆婵刂频缏罚欢喙δ芾状锸莶杉ń邮斩院＜嗍永状锖蠖诵藕庞胧荽硐低炒痈咚偻ㄐ沤涌诜⑺凸吹某炭仄每刂泼睿柚美状镄藕诺骼砟？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈某炭仄每刂频缏�。④多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的启动采集命令，控制一体化状态机抽样逻辑的雷达回波数据抽取过程。 一体化状态机抽样逻辑如果接收到清除采集命令，则判断是要退出采集还是等待下一个启动采集命令；如果没有接收到清除采集命令，则等待雷达同步信号，一体化状态机抽样逻辑处于空闲状态。一体化状态机抽样逻辑如果接收到雷达同步信号，则处于显示延迟、检测延迟、录取延迟、识别延迟。延迟状态结束后，进入录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样， 生成存储器地址，抽取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，存储到卡上存储器中。 抽样状态结束后，一体化状态机抽样逻辑处于空闲状态，多功能雷达数据采集卡通过向高速通信接口向对海监视雷达后端信号与数据处理系统发送数据采集完成通知。⑤多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的读取数据命令，控制SRAM操作逻辑从卡上存储器中读取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，通过高速通信接口发送到海监视雷达后端信号与数据处理系统。⑥多功能雷达数据采集卡循环执行③ ⑤，海监视雷达后端信号与数据处理系统源源不断地获取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据。本发明已成功应用在国防科学技术大学自行研制的对海监视雷达综合显控系统中。该系统使用一块多功能雷达数据采集卡，在XILINX公司的SPARTANXLFPGA芯片中使用一体化状态机控制逻辑实现了单个模-数变换器为数据录取、综合显示、检测和识别同时提供目标回波数据的能力，简化了雷达终端的结构，减小了雷达终端的体积，增强了雷达终端的可靠性。
权利要求
1. 一种多功能雷达数据采集卡，包括雷达信号接口、雷达信号调理�？�、模/数变换�？�、卡上存储器、全局时钟�？�、高速通信接口和数字控制逻辑�？椋涮卣髟谟冢状镄藕沤涌诖油獠拷邮绽状锬Ｄ饣夭ㄐ藕拧⒗状锾煜咝藕藕屠状锿叫藕牛⒔鲜鋈中藕攀涑鲋两肜状镄藕诺骼砟？椋焕状锬Ｄ饣夭ㄐ藕沤肜状镄藕诺骼砟？楹缶撼宸糯�、程控增益控制和程控偏置控制处理后送入模/数变换模块，经模拟-数字转换后形成雷达回波数据，雷达回波数据输入数字控制逻辑模块；数字控制逻辑�？榘凑詹煌某檠噬柚煤筒煌木嗬氩派柚梅直鹛粞〕鱿允�、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，暂存到卡上存储器中；数字控制逻辑�？榻邮沾痈咚偻ㄐ沤涌诜⑺凸吹亩寥∈菝睿允�、检测、录取和识别用途的雷达回波数据分别从高速通信接口发送给外部应用系统；雷达天线信号是多位数字信号，从雷达信号接口进入雷达信号调理�？椋指衾氪砗笏腿胧挚刂坡呒？椋挚刂坡呒？槎岳状锾煜咝藕沤惺莩檠袢√煜叻轿皇荩荽嬖诳ㄉ洗娲⑵髦校惶煜叻轿皇菟嫦允�、检测、录取或者识别用途的雷达回波数据一起从高速通信接口发送给外部应用系统；雷达同步信号，也叫雷达触发脉冲，从雷达信号接口进入雷达信号调理�？椋指衾氪砗笏腿胧挚刂坡呒？椋挚刂坡呒？橐岳状锿叫藕盼斫谂慕胁煌某檠噬柚煤筒煌木嗬氩派柚茫焕状镄藕沤涌诎ɡ状锬Ｄ饣夭ㄐ藕�、雷达天线信号和雷达同步信号的物理接口，分别满足雷达模拟回波信号、雷达天线信号和雷达同步信号的机械电气特性要求，负责将这些信号接入雷达信号调理�？椋焕状镄藕诺骼砟？榉治状锾煜咝藕诺骼�、雷达同步信号调理和模拟回波信号调理三个子�？椋焕状锾煜咝藕诺骼碜幽？橛闪郊洞姆敲诺缏纷槌桑焕状锿叫藕诺骼碜幽？橛闪郊洞姆敲诺缏纷槌桑皇褂昧郊斗敲诺缏范孕藕沤惺指衾氪恚缓笏腿胧挚刂坡呒？椋荒Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？楦涸鸲岳状锬Ｄ饣夭ㄐ藕沤谢撼宸糯蟆⒊炭卦鲆婵刂坪统炭仄每刂拼恚估状锬Ｄ饣夭ㄐ藕诺亩段Ш椭绷髌玫缙铰淙肽�/ 数变换�？榈恼９ぷ鞣段е冢缓笏腿肽�/数变换�？椋荒Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榉治撼宸糯�、程控增益控制和程控偏置控制三级电路；缓冲放大电路使用单位增益的运算放大器实现，负责将雷达模拟回波信号与对外部系统隔离开来，使多功能雷达数据采集卡的接入不致影响对外部系统本身的信号通道特性；程控增益控制电路包括程控增益放大器、数/模变换器和运算放大器，数字控制逻辑�？槭涑龅某炭卦鲆婵刂泼罹�/模变换器转换为增益控制模拟信号，增益控制模拟信号经过运算放大器放大过滤后，输出到程控增益放大器，程控增益放大器对雷达模拟回波信号进行放大处理输出给程控偏置控制电路；程控偏置控制电路包括加法器、数/模变换器和运算放大器，数字控制逻辑模块输出的程控偏置控制命令经数/模变换器转换为偏置控制模拟信号，偏置控制模拟信号经过运算放大器放大过滤后，输出到加法器，加法器将偏置控制模拟信号和经程控增益控制电路处理后的雷达模拟回波信号叠加起来，输出至模/数变换模块；卡上存储器分为两组，构成乒乓操作模式，第一组存储器处于写访问状态时，第二组存储器则处于读访问状态；第一组存储器处于读访问状态时，第二组存储器则处于写访问状态；全局时钟�？榘ňд窈褪敝庸芾砥鳎痪д癫潭ㄆ德实幕夹藕攀涑龈敝庸芾砥鳎敝庸芾砥鞫曰夹藕乓来谓斜镀�、分频和延迟处理，根据显示、检测、录取和识别用途对雷达回波数据的抽样率要求，使用最小公倍数方法(Lease Common Multiple, LCM)形成全局采样时钟，输出给模/数变换�？楹褪挚刂坡呒？椋簧柘允�、检测、录取和识别用途的抽样率分别为fm、fd、fs和fr，那么ff = LCM(fm,fd, fs,fr)，即模/数变换�？榈娜植裳敝拥钠德剩荒�/数变换�？橐匀植裳敝游裳识岳状锬Ｄ饣夭ㄐ藕沤心Ｄ�-数字转换，得到雷达回波数据，送入数字控制逻辑�？椋� 高速通信接口使用PCI (Peripheral Component hterface，外围设备互连)总线方式， 由PCI接口控制芯片组成；数字控制逻辑�？槔肍PGA (Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列) 芯片实现，包括天线信号抽样逻辑、程控增益控制逻辑、程控偏置控制逻辑、存储器操作逻辑、一体化状态机抽样逻辑和PCI接口通信逻辑；天线信号抽样逻辑、程控增益控制逻辑、程控偏置控制逻辑和存储器操作逻辑均由寄存器组成；PCI接口通信逻辑包括寄存器和译码器，在全局时钟信号的作用下，从高速通信接口接收控制命令存储至寄存器，经译码器译码后输出至相应逻辑；控制命令包括数字控制逻辑模块复位命令、程控增益控制命令、程控偏置控制命令、采集参数设置命令、启动采集命令、清除采集命令和读取数据命令；PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收数字控制逻辑�？楦次幻疃允挚刂坡呒？榻腥指次唬故挚刂坡呒？榘ǖ乃屑拇嫫骱鸵肼肫骰氐匠跏甲刺籔CI接口通信逻辑从高速通信接口接收采集参数设置命令， 输出至一体化状态机抽样逻辑，采集参数设置命令在一体化状态机抽样逻辑中用来设置显示、检测、录取和识别用途的抽取控制参数，包括显示延迟点数M_DN、显示计数长度M_LN、 显示抽样率参数M_SN，检测延迟点数D_DN、检测计数长度D_LN、检测抽样率参数D_SN，录取延迟点数S_DN、录取计数长度S_LN、录取抽样率参数S_SN，识别延迟点数R_DN、识别计数长度R_LN、识别抽样率R_SN参数；PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收启动采集命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，启动采集命令在一体化状态机抽样逻辑中用来控制的雷达回波数据抽取过程；PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收清除采集命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，清除采集命令在一体化状态机抽样逻辑中用来控制所见即所得的雷达回波数据抽取过程，所见即所得是指雷达操作员在后端信号与数据处理系统观察到异�：Ｇ榛蛘咛厥饽勘晔保喙δ芾状锸莶杉ɑ峤邮盏角宄杉睿宄娲⑵髦械幕捍媸荩� 继续执行其工作流程；PCI接口通信逻辑从高速通信接口接收读取数据命令，输出至一体化状态机抽样逻辑，读取数据命令在一体化状态机抽样逻辑中用来从SRAM中读取显示、检测、录取和识别用途的回波数据；一体化状态机抽样逻辑包括若干计数器、寄存器、译码器、比较器，在全局时钟信号的作用下，根据显示、检测、录取和识别用途对回波数据的抽样率要求，使用雷达回波数据相对雷达同步信号上升沿的延迟点数表示距离波门的前沿位置，使用雷达回波数据相对距离波门前沿的计数长度表示距离波门的宽度，分别计算每种用途数据的距离波门的前沿位置和长度，根据显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据抽取间隔，对全局采样时钟信号进行间隔计数，生成正确的地址，抽取正确的数据，缓存到卡上存储器中；在一体化状态机抽样逻辑中，显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据抽取间隔分别为 M_SN = ff/fm、D_SN = ff/fd、S_SN = ff/fs、R_SN = ff/fr，显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据的距离波门的前沿位置和长度分别为10110^、0_010_11^_015_ LN、R_DN、R_LN，即以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟M_DN个全局时钟周期之后， 每隔M_SN-1个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为显示用途的数据，直到存储完M_ LN个显示用途的数据；以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟D_DN个全局时钟周期之后，每隔D_SN-1个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为检测用途的数据，直到存储完 D_LN个检测用途的数据；以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟S_DN个全局时钟周期之后，每隔S_SN-1个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为录取用途的数据，直到存储完5_1^个检测用途的数据；以雷达同步信号的上升沿位置为起点，延迟R_DN个全局时钟周期之后，每隔R_SN-1个雷达回波数据，存储1个雷达回波数据作为识别用途的数据，直到存储完R_LN个识别用途的数据；在一体化状态机抽样逻辑中，将雷达回波数据抽样工作过程划为12种状态，分别为 第一种，启动状态；该状态表示数字控制逻辑�？槌醮渭拥纾蛘呤盏絇CI接口通信逻辑发送过来数字控制逻辑�？楦次幻睿诓康募剖�、寄存器、译码器设置为原始值的过程；第二种，初始化状态；该状态表示接收外部发送过来的采集参数设置命令，该命令包含显示延迟点数M_DN、显示计数长度M_LN、显示抽样率参数M_SN，检测延迟点数D_DN、检测计数长度D_LN、检测抽样率参数D_SN，录取延迟点数S_DN、录取计数长度S_LN、录取抽样率参数S_SN，识别延迟点数R_DN、识别计数长度R_LN、识别抽样率R_SN参数，对各种寄存器进行初始化操作，为一体化状态机控制逻辑做好参数准备；在一体化状态机抽样逻辑中，初始化状态的具体实现方式为在初始化状态里，从外部接收采集参数设置命令，为后续控制状态做好各种参数准备；外部发送到一体化状态机抽样逻辑的控制命令状态参数的字长是M+N位的，其中低N位是地址位，表示控制状态参数的类型和属性，比如属于显示、检测、录取还是识别控制参数，属于延迟点数、抽样长度还是抽样率参数，高M位才是具体的状态参数；外部发送的M+N控制状态参数分别被缓存进N位寄存器中和M位寄存器，N位地址译码器对N位地址数据进行译码再控制M为控制状态参数具体被锁存到对应的参数寄存器中；第三种，空闲状态；该状态表示初始化工作已经完成；一体化状态机抽样逻辑每接收到一次雷达同步信号完成一次采样控制之后，都会进入该状态等待下一次雷达同步信号的到来；第四种至第七种，显示延迟、检测延迟、录取延迟、识别延迟状态；这4个状态在一体化状态机抽样逻辑中是并行执行的，处于空闲状态的一体化状态机抽样逻辑，先接收到对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的启动采集命令，然后等待雷达同步信号；一旦检测到雷达同步信号的上升沿，则同步进入这4个并行延迟状态；在延迟状态里，4个延迟计数器分别对全局时钟信号进行延迟计数，与各自的延迟点数寄存器进行比较，延迟计数结果等于延迟点数寄存器的值(M_DN、D_DN、S_DN以及R_DN)时，结束延迟状态，进入抽样状态；在一体化状态机抽样逻辑中，延迟状态的具体实现方式为一体化状态机抽样逻辑有 4个并行的延迟状态，分别控制显示、检测、录取和识别的抽样延迟计数，得到对应的距离波门前沿位置；一体化状态机抽样逻辑设置了 4个M位计数器同时对采样时钟信号进行计数，计数结果分别输出到4个M位比较器与初始化状态里设置的显示延迟点数(M_DN)、检测延迟点数(D_DN)、录取延迟点数(T_DN)、识别延迟点数(R_DN)进行比较，如果哪个计数器的计数结果等于对应的延迟点数数值，则表示找到了对应的距离波门的前沿位置，停止计数， 进入对应的抽样状态；因为录取、显示、检测和识别的距离波门前沿位置可能是不一致的， 延迟计数的结束时间也可是不同步的，不会同时进入抽样状态，所以一体化状态机抽样逻辑没有使用单一的延迟状态来进行控制状态的转换；第八种至第十一种，录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样状态；这4个状态在一体化状态机抽样逻辑中也是并行执行的，但是由于显示、检测、录取和识别的延迟点数各不相同，因此不是同步进入这4个并行抽样状态；在抽样状态里，显示、检测、录取和识别分别使用2个计数器进行计数；第一级计数器对采样时钟进行加法计数，并且与抽样率寄存器进行比较，计数长度等于抽样率寄存器的值(M_SN、D_SN、S_SN以及R_SN)时，自我清零，输出 1个计数脉冲，使第二级计数器加法计数1次；如果第二级计数器的计数结果小于计数长度寄存器的值(M_LN、D_LN、S_LN以及R_LN)，第1个长度计数器就循环工作，直到第二级计数器的计数结果等于计数长度寄存器的值(M_LN、D_LN、R_LN以及R_LN)时，就结束抽样状态， 进入完成状态；在一体化状态机抽样逻辑中，抽样状态的具体实现方式为一体化状态机抽样逻辑有 4个并行的抽样状态，分别控制显示、检测、录取和识别的抽样长度计数，得到对应长度的回波数据，生成正确的存储地址；显示、检测、录取和识别不是同步进入抽样状态，抽样结束时刻也不相同，但是在下一次触发脉冲到来之前，都会完成抽样；每个抽样状态使用了 2级计数器、比较器控制逻辑，第一级比较器先对采样时钟信号进行计数，当计数结果与抽样率寄存器的数值相等时，表示从采样数据流中抽取一次数据，输出一次抽样脉冲，第一级计数器清零重新开始计数；第二级计数器对第一级比较器输出的抽样脉冲进行计数，当计数结果与抽样长度寄存器中的数值相等时，表示得到了对应长度的抽样数据，使第一级计数器和第二级计数器同时停止计数，进入抽样完成状态；在抽样状态里，第二级计数器的计数结果同时也是抽样后的数据的存储地址；第十二种，抽样完成状态；只有当并行工作的4个抽样状态(即录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样)都结束抽样状态时，才表示一体化状态机抽样逻辑中完成1次采样，回还到空闲状态；多功能雷达数据采集卡的工作流程如下第①步，多功能雷达数据采集卡安装在对海监视雷达后端信号与数据处理系统的PCI 插槽中，对海监视雷达的雷达模拟回波信号、雷达天线信号和雷达同步信号连接至多功能雷达数据采集卡的对应信号接口上；第②步，多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的数字控制逻辑模块复位命令，对多功能雷达数据采集卡进行全局复位， 一体化状态机抽样逻辑处于启动状态；多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的采集参数设置命令，设置一体化状态机抽样逻辑中的显示、检测、录取和识别用途的抽取控制参数，一体化状态机抽样逻辑处于初始化状态；第③步，多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的程控增益控制命令，设置雷达信号调理�？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈某炭卦鲆婵刂频缏罚欢喙δ芾状锸莶杉ń邮斩院＜嗍永状锖蠖诵藕庞胧荽硐低炒痈咚偻ㄐ沤涌诜⑺凸吹某炭仄每刂泼睿柚美状镄藕诺骼砟？橹心Ｄ饣夭ㄐ藕诺骼碜幽？榈某炭仄每刂频缏罚坏冖懿剑喙δ芾状锸莶杉ń邮斩院＜嗍永状锖蠖诵藕庞胧荽硐低炒痈咚偻ㄐ沤涌诜⑺凸吹钠舳杉睿刂埔惶寤刺檠呒睦状锘夭ㄊ莩槿」蹋� 一体化状态机抽样逻辑如果接收到清除采集命令，则判断是要退出采集还是等待下一个启动采集命令；如果没有接收到清除采集命令，则等待雷达同步信号，一体化状态机抽样逻辑处于空闲状态；一体化状态机抽样逻辑如果接收到雷达同步信号，则处于显示延迟、检测延迟、录取延迟、识别延迟；延迟状态结束后，进入录取抽样、显示抽样、检测抽样、识别抽样， 生成存储器地址，抽取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，存储到卡上存储器中； 抽样状态结束后，一体化状态机抽样逻辑处于空闲状态，多功能雷达数据采集卡通过向高速通信接口向对海监视雷达后端信号与数据处理系统发送数据采集完成通知；第⑤步，多功能雷达数据采集卡接收对海监视雷达后端信号与数据处理系统从高速通信接口发送过来的读取数据命令，控制SRAM操作逻辑从卡上存储器中读取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据，通过高速通信接口发送到海监视雷达后端信号与数据处理系统；第⑥步，多功能雷达数据采集卡循环执行第③步至第⑤步，海监视雷达后端信号与数据处理系统源源不断地获取显示、检测、录取和识别用途的雷达回波数据。
全文摘要
本发明提供一种多功能雷达数据采集卡，包括雷达信号接口、雷达信号调理�？�、模/数变换�？椤⒖ㄉ洗娲⑵�、全局时钟�？�、高速通信接口和数字控制逻辑�？椤＠状镄藕沤涌诖油獠拷邮招藕攀涑鲋两肜状镄藕诺骼砟？�。雷达模拟回波信号经模拟-数字转换后形成雷达回波数据，雷达回波数据输入数字控制逻辑�？椋皇挚刂坡呒？榘凑詹煌男枨蠓直鹛粞〕鱿允�、检测、录取和识别用途的雷达回波数据；数字控制逻辑�？楦涸鸾允�、检测、录取和识别用途的雷达回波数据分别从高速通信接口发送给外部应用系统。本发明可实现对海监视雷达后端信号与数据处理系统的数字化、智能化、集成化和微型化。
文档编号G01S7/41GK102298143SQ20111013435
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者吴建辉, 张乐锋, 胡卫东, 虞华 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学
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