一种新型的基于fpga的波控运算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达领域，具体涉及一种新型的基于FPGA的波控运算方法。
【背景技术】
[0002] 相控阵雷达在现代社会中的应用越来越广泛，而随着微电子、信息化等技术的高 速发展，相控阵雷达在目标识别、空间探测、雷达成像等先进技术领域的研究不断深入。作 为相控阵雷达的重要组成部分，波束控制器也面临越来越高的技术要求：运算速度快、设备 量少、工作方式多、集成度高，现有的波控系统采用以FPGA加DSP芯片为核心的解决方案， 利用了DSP的高速运算能力，利用FPGA丰富的硬件，实现移相器的快速实时运算、相位控制 和在线数据加载等关键功能。但如果采用FPGA加DSP的架构，芯片数量偏多，在微型化、低 功耗设计中体积与功耗将是一个难题。在微型化设计时对PCB布板要求很高，设计成本很 大，并且运行功耗大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于：本方法以FPGA为基础并以PC端的matlab进行辅助计算，不 使用DSP芯片实现波控运算。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：一种新型的基于FPGA的波控运算方法，包括以下步 骤：
[0005] (1)获取阵列扫描角度（aB、@B);
[0006] (2)获得sin(aB)、sin( @ B)和cos( @ B);
[0007](3)分别扩大sin(aB)、sin( @B)和cos(PB)为原值的K倍并将计算结果四舍五 入为整型数据a、b、c;
[0008] (4)将数据a、b、c存入FPGA的ROM;
[0009] (5)通过波控计算公式在FPGA中计算出阵列中第（m，n)个单元对于第（m'a') 个单元的波控数码C(m，n)，其中num'是z向的变化单元数，run'是y向的变化单元数；
[0010] (6)将获取到的波控数码C(m，n)对360求余，并将其归一化到0°~360°之间；
[0011] (7)通过二进制码对照度数表，查找出第（m，n)个单元相对于第（m'，n')个单 元的移相码。
[0012] 波控运算方法步骤1到步骤3通过PC端matlab进行运算，阵列扫描角度按照步 进值变化，获取sin(aB)、sin( 0B)和cos ( 0B)扩大K倍后四舍五入取整存入FPGA的ROM 中，PC运算能力较FPGA强，将需要大量的运算的步骤在PC端进行运算可以提高运算效率。
[0013] 运算方法中步骤4的K值根据雷达精度决定，K值为2的整数次方，FPGA对小数计 算困难，故事先将运算数据尽可能的扩大为整数形式，方便FPGA内部运算。
[0014]FPGA的波控运算方法的步骤4的波控计算公式为：
[0015] C(m,n) = (m-m/ ) ^'+(n-n/ )a'
[0016]
[0017]
[0018] 其中d为单元间距，X为波长；
[0019] 步骤4由FPGA读取ROM中的数据进行运算，运算输入量和输出量均为整数形式， 有效提_ 了运算效率。
[0020] -种新型的基于FPGA的波控运算方法的步骤7中，二进制码对照度数表由所需移 相码最大值确定，对于N位移相码，二进制码对照度数表的最小间距为360A2N_1)度，由最 小值〇度逐级递增为最大值360*(2N-2V(2N-1)度。
[0021 ] -种新型的基于FPGA的波控运算方法的步骤7中，二进制码对照度数表存于FPGA 的ROM中，在运算出归一化后的波控数码C(m，n)后，对照查找出二进制移相码。
[0022] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：将原始的玄霜将DSP 中的运算分配给PC端和FPGA，以很少的芯片实现高精度、实时运算、相位控制以及数据加 载，满足了微型化、低功耗设计要求，解决了由于芯片多造成的功耗大的问题，PC端和FPGA 协同运算提高了运算效率，而且本发明所需的硬件环境条件更加宽松，运行时功耗更小。
【附图说明】
[0023] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0024] 图1是本方法的运算流程图。
[0025] 图2是移相码为6位二进制时的二进制码对照度数表。
【具体实施方式】
[0026] 以下采用具体数据来表示本方法的使用流程，以小数点后三位为精度标准，用PC 端的matlab对阵列扫描角度（aB、PB)中的sin(aB)、sin(PB)、cos(PB)扩大为8192倍， 即2的13次方倍，保证FPGA内进行整型运算时的计算精度，取整后存入FPGA的ROM中， FPGA读取数据后通过公式：
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 其中d为单元间距，X为波长，K为8192。计算出C(m，n)的值，通过预先运算好 存入FPGA的ROM中的二进制码对照度数表查出二进制移相码。
[0031] 图二为移相码为6位二进制时，二进制码对照度数表的最小间距为36(V(21-1) 度，由〇度每5. 625度递增到354. 375度。
【主权项】
1. 一种新型的基于FPGA的波控运算方法，其特征在于，所述新型的基于FPGA的波控运 算方法包括W下步骤： (1)获取阵列扫描角度（aB、目B); 似获得sin(aB)、sin(目B)和COS(目B); (3) 分别扩大Sin(Ge)、Sin(目e)和COS(目e)为原值的K倍并将计算结果四舍五入为 整型数据a、KC ; (4) 将数据a、b、C存入FPGA的ROM; (5) 通过波控计算公式在FPGA中计算出阵列中第（m，n)个单元对于第（m'，n')个 单元的波控数码C(m，n)，其中m、m'是Z向的变化单元数，n、n'是y向的变化单元数； (6) 将获取到的波控数码C(m，n)对360求余，并将其归一化到0°~360°之间； (7) 通过二进制码对照度数表，查找出第（m，n)个单元相对于第（m'，n')个单元的 移相码。2. 根据权利要求1所述的一种新型的基于FPGA的波控运算方法，其特征在于，所述的 新型的基于FPGA的波控运算方法步骤1到步骤3通过PC端matl油进行运算。3. 根据权利要求1所述的一种新型的基于FPGA的波控运算方法，其特征在于，所述的 新型的基于FPGA的波控运算方法步骤3中的K值根据雷达精度决定，K值为2的整数次方。4. 根据权利要求1所述的一种新型的基于FPGA的波控运算方法，其特征在于，所述的 新型的基于FPGA的波控运算方法的步骤4的波控计算公式为： C(m,n) = (m-m')目'+(n_n' )a' 其中其中d为单元间距，A为波长。5. 根据权利要求1所述的一种新型的基于FPGA的波控运算方法，其特征在于，所述的 新型的基于FPGA的波控运算方法的步骤7中，二进制码对照度数表由所需移相码最大值获 得。6. 根据权利要求1所述的一种新型的基于FPGA的波控运算方法，其特征在于，所述的 新型的基于FPGA的波控运算方法的步骤7中，二进制码对照度数表存于FPGA的ROM中。
【专利摘要】本发明公开了一种新型的基于FPGA的波控运算方法。此运算方法通过PC端预先阵列扫描角度相关数据和二进制码对照度数预处理，协同FPGA进行运算，有效地减少了FPGA系统的运算量，提高了运算效率，取消了原先运算需要的DSP，实现电路的简化，以很少的芯片实现高精度、实时运算、相位控制以及数据加载，满足了微型化、低功耗设计要求，解决了由于芯片多造成的功耗大的问题，系统所需的硬件环境条件更加宽松。
【IPC分类】G01S7/02
【公开号】CN105204003
【申请号】CN201510567722
【发明人】李建军
【申请人】四川鸿创电子科技有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月8日