专利名称：新型高速导航雷达记录回放系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及新型高速导航雷达记录回放系统。
背景技术：
随着现代雷达技术的飞速发展，宽频带、复杂信号波形和高速数字处理技术在雷达系统中得到了广泛的应用，为了适应日益提高的雷达工作指标和对各种信息处理算法、系统工作参数的优化设计要求，在现代雷达系统设计中，高性能的雷达数据采集记录设备为重现雷达探测画面，分析目标参数，研究雷达系统工作性能提供了重要的技术手段，在军用和民用雷达系统中都广泛应用高速数据采集记录设备进行雷达信号数据采集、应用各种算法方法对雷达信号数据进行分析，为雷达系统的优化设计提供依据。
·[0003]早期的雷达信号记录设备主要有录音机型雷达数据记录仪和录像机型雷达图像记录仪等两种，发展到后期，出现了基于工控机结构的雷达信号记录仪，它由视频和语音信号采集卡、方位采集卡、工控机等设备组成。目前广泛使用的雷达信息记录设备普遍采用了数字式记录方式，记录介质一般采用磁盘。与以往模拟式雷达数据记录仪相比，数字式雷达信息记录设备的主要优点是易于扩充容量，数据复制无失真并能够长期保存，同时也便于进行事后的数据回放和分析处理。由于现代雷达信号形式复杂，且具有全相参、宽频带、大动态的特点，因此对雷达信号数据的采集设备必须满足高精度、大动态、高速率的要求，同时数据的高速回放和实时显示己成为新型高速大容量数据采集设备的重要功能。传统的记录仪系统存在采样率偏低，记录时间短，处理速度慢且成本高等缺点，逐渐不能满足各领域需求，针对以上情况设计开发了新型高速采样导航雷达数据记录回放系统，采样频率高达120MHz，记录设备首先采用高速A/D转换器将雷达系统输出的模拟视频信号转换为数字信号，然后通过高速数据传输接口或数据总线将高速的雷达数据流送给大容量磁盘阵列进行存储记录。近年来数据的高速采集回放系统已广泛应用于雷达、水声探测、遥测、遥感、资源勘测、无损检测等信息采集记录和实时分析系统中。开发超高速采集回放系统，适应现代雷达系统发展，对雷达系统的优化设计具有一定的理论和工程意义。
发明内容针对上述问题，本实用新型的提供了一种新型高速导航雷达记录回放系统，现场采集大量的雷达信号数据，为雷达数据处理技术的研究提供仿真验证和性能评估依据。本实用新型的新型超高速导航雷达数据记录回放系统采集导航雷达在不同海况下的视频信号、多种标志位信号，使用自定义的数据格式，以文件形式记录到计算机硬盘，也可以将保存的数据文件还原为原始的雷达视频及多种标志位信号发送给雷达终端，复现导航雷达工作的真实情况。在雷达调试过程中，需要检验雷达在真实环境中运行的参数。在雷达使用过程中，需要实时记录雷达的工作状态信息，便于出现问题后进行问题复现并定位。高性能雷达数据采集回放系统为雷达信号数据分析所应用的各种算法提供依据，为重现雷达探测画面、分析目标参数及雷达系统的优化设计提供依据。因此超高速导航雷达记录回放系统在军用和民用雷达系统中都有广泛应用。具体来说，本实用新型的技术方案是，一种新型高速导航雷达记录回放系统，用于对雷达接收信号进行回放处理，其特征在于，包括一采集接口，采集多种型号雷达视频信号及其对应标志位信号；一数据采集卡，与上述采集接口的输出端相连；一 PC主机，与上述数据采集卡的输出端相连，接受并存储所述采集数据；—数字输入输出卡，与所述PC主机的输出端相连；一回放接口，与所述数字输入输出卡的输出端相连； 一雷达终端，与所述回放接口的输出端相连。比较好的是，所述采集接口进一步包括一扩展模块，通过模拟电路对所述雷达接收视频信号及其对应标志位信号进行调理；一核心模块，其输入端与所述扩展模块的输出端相连，其输出端连接所述数据采集卡的输入端。比较好的是，所述系统进一步包括若干外部设备，包括与所述PC主机相连的显示器，键盘和鼠标。比较好的是，所述采集接口进一步包括若干串口、网络接口及相应的通信、编解码芯片，用于扩展。比较好的是，所述数据采集卡和所述数字输入输出卡均采用PCI-XXX。高速高分辨率的雷达信号采集系统中，高宽带数据传输往往成为很多系统的瓶颈，随着计算机总线技术的发展，PCI总线技术可以解决系统高数据吞吐量的问题。新型超高速导航雷达数据记录回放系统涉及的雷达数据高速采集、大容量存储和实时回放处理技术是在基于PCI总线的高速数据采集卡的硬件基础上，借助于PCI总线数据采集卡驱动集成软件和Microsoft Direct X软件开发包，在Visual Studio软件环境下完成高速数据采集、数据传输和存储，利用Direct Draw实现雷达数据高速、实时回放显示。应用这些技术构建的超高速导航雷达采集记录和实时回放处理系统具有记录数据率高、存储容量大、通用性强、性价比高的特点，具有广泛的推广应用前景。在设计过程中为了缩短开发时间及提高系统的通用性及可升级性，使用商用PCI-XXX高速数据采集卡和PCI-XXX高速数字输入输出卡。系统在高速采集的同时，需要实时保存采集数据到计算机磁盘，高速磁盘读写技术可以在高速采集的同时，将数据存储在磁盘中，确保数据的完整性。上位机软件实时监控系统的工作状态，更好地实现人机交互功能，实时模拟航海雷达显控界面。随着雷达技术的进步，航海雷达型号多样化，采集接口和回放接口可解决多型号船用导航雷达兼容性问题。整机系统模块化设计大大提升了系统的通用性和可维护性。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。图I是本实用新型的结构框图；图2是图I中采集接口 I的结构框图；[0023]图3是图I中回放接口 4的结构框图；图4是数据采集与PCI总线传输时序分配图；图5是本实用新型的记录回放出的示意图。
具体实施方式
请参见图I所示，本实用新型的高速导航雷达记录回放系统包括采集接口 1，数据采集卡2，数字输入输出卡3，回放接口 4，雷达终端5，PC主机6，显示器7，硬盘8，键盘9，鼠标10。其中，采集接口 I在采集时完成多种型号雷达视频信号及其对应标志位信号(触发、方位、船首、数字罗经、计程仪、GPS等)的标准化处理。并通过数据采集卡2传送给主机6，主机6通过其PCI接口输出相关信号给数字输入输出卡3，回放接口 4在回放时，将主机6存储并输出的数字信号转换成相应的视频模拟信号及与主脉冲同步的时标信号，同时设 计相应的驱动增强电路，保证其有足够的驱动能力驱动雷达显示终端5。主机6主要使用数据采集卡2和数字输入输出卡3提供的SDK，完成数据的采集和存储。显示则主要采用DirectX提供的SDK实现雷达画面的实时显示。以下详细介绍本实用新型的进一步组成。考虑不同导航雷达视频信号、标志位信号具有不同的电气特性，采集接口 I分为扩展模块11和核心模块12，在扩展模块11中主要通过模拟电路对雷达收发机下来的标准位信号进行调理，即对不同电气特性(模拟输入、数字输入；单端输入、差分输入等)的视频、标志位信号完成阻抗匹配、极性及动态范围调整等工作。为了以后扩展，在采集接口 I上串口、网络接口及相应的通信、编解码芯片，保证记录回放系统能够满足多种型号导航雷达的需求。核心模块12与扩展模块11的输出端相连，将扩展模块11处理后的雷达视频信号、标志位信号提供给数据采集卡2，其中还包括对回波重频的自适应检测信号。使用PCI-XXX数据采集卡2在120Ms/s采集数据时只能使用采集卡2上的CH-O通道，而且只能采集模拟信号，不能直接采集雷达的所有标志位信号，考虑到记录、回放雷达视频信号时，标志位信号与主脉冲的同步问题，采取“时分复用”的思想在每一个主脉冲视频信号末尾添加模拟标志位信号的方式解决。通过FPGA (Field-Programmable Gate Array)对各种标志位信号进行编码并控制高速模拟电子开关对雷达回波视频信号及编码信号的衔接。如图3所示为波形I为10海里雷达回波视频信号和时标编码信息合为一路输出波形，其中衔接点是在高速开关切换点。波形2为收发机下来的同步触发脉冲信号，可以看出采集接口I工作是与触发脉冲同步的。数据采集卡2在120MHz采样频率及14位量化精度条件下，实时带宽为120MX 2B/s = 240MB/S,远大于PCI总线的132MB/s带宽和硬盘8读写速度。为保证系统能稳定存储及显示采集到的数据，在2个触发脉冲之间要留有比较充裕的时间来给PCI进行数据传输以及软件对采集到的信号进行存储与显示时间。具体时序分配如图4所示。其中TS为采样时间，Tdma为数据由采集卡传输到系统内存占用的时间，Tstorage为数据写入硬盘8占用的时间，Tvacanyc为软件完成数据显示以及其他操作的时间。使用PCI-XXX的数据采集卡2是一款基于PCI总线的双通道65Ms/s、14位A/D分辨率的高速高分辨率数字化仪。具有多种触发模式、多卡同步、自校准功能。它的输入配置十分灵活(包括可编程输入范围和用户自定义输入阻抗)。借助于大容量板载采集内存SODIM SDRAM, PCI-XXX 数据采集卡 2 通过 DMA 和 Scatter Gather 不会被 PCI 总线 132MB/s的带宽所限制，并且可以在很长的时间内进行波形记录。借助于“乒乓”操作模式，采样率在使用内部时钟时高达120Ms/s，在外部时钟条件下可以高达130Ms/s。PCI-XXX数据采集卡2适合于高速波形捕捉，例如雷达和超声波等。PCI-XXX是一款基于PCI总线，32通道的数字输入/输出的超高速输入输出卡，适合高速数字信号传输、数字模式波形发生和捕获及逻辑分析等应用。配合DMA和ScatterGather, PCI-XXX最高数字传输速率高达80MB/s。使用PCI-XXX的数字输入输出卡3输出的是采集到的数字信号(其中包含视频信号及软件处理过的标志位信号)，因此需要设计回放接口 4，将数字视频信号转换为模拟信号，并从中解码出相应的标志位信号，并且转换后的信号应该能有足够的驱动能力驱动雷达显示终端，实现对雷达信号的复原。·在回放接口 4中主要通过FPGA控制双口 FIFO及DA进行读写操作。FPGA完成对编码信号的解码，同时控制FIFO及D/A的读写，FIFO完成数字输入输出卡3到D/A之间的数据缓存，D/A完成雷达视频信号的复原。图5是通过本系统软件操作提取数据，在雷达终端5上进行复现的同时，系统软件也能复现当时的海况的示意图。以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1.一种新型高速导航雷达记录回放系统，用于对雷达接收信号进行回放处理，其特征在于，包括 一采集接口，采集多种型号雷达视频信号及其对应标志位信号； 一数据采集卡，与上述采集接口的输出端相连； 一 PC主机，与上述数据采集卡的输出端相连，接受并存储所述采集数据； 一数字输入输出卡，与所述PC主机的输出端相连； 一回放接口，与所述数字输入输出卡的输出端相连； 一雷达终端，与所述回放接口的输出端相连。
2.根据权利要求I所述的新型高速导航雷达记录回放系统，其特征在于，所述采集接口进一步包括 一扩展模块，通过模拟电路对所述雷达接收视频信号及其对应标志位信号进行调理； 一核心模块，其输入端与所述扩展模块的输出端相连，其输出端连接所述数据采集卡的输入端。
3.根据权利要求2所述的新型高速导航雷达记录回放系统，其特征在于，所述系统进一步包括 若干外部设备，包括与所述PC主机相连的显示器，键盘和鼠标。
4.根据权利要求3所述的新型高速导航雷达记录回放系统，其特征在于，所述采集接口进一步包括若干串口、网络接口及相应的通信、编解码芯片，用于扩展。
5.根据权利要求4所述的新型高速导航雷达记录回放系统，其特征在于，所述数据采集卡和所述数字输入输出卡均采用PCI-XXX。
专利摘要本实用新型公开了一种新型高速导航雷达记录回放系统，用于对雷达接收信号进行回放处理，包括一采集接口，采集多种型号雷达视频信号及其对应标志位信号；一数据采集卡，与上述采集接口的输出端相连；一PC主机，与上述数据采集卡的输出端相连，接受并存储所述采集数据；一数字输入输出卡，与所述PC主机的输出端相连；一回放接口，与所述数字输入输出卡的输出端相连；一雷达终端，与所述回放接口的输出端相连。本系统具有记录数据率高、存储容量大、通用性强、性价比高的特点，具有广泛的推广应用前景。
文档编号G01S7/40GK202735510SQ201220381518
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者罗来金, 夏念 申请人:上海广电通信技术有限公司