一种无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置及采集方法与流程

本发明涉及无线电技术领域，尤其涉及一种无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置及采集方法。

背景技术：

目前针对无人机图传及遥控信号的采集主要采取的装置是由xilinx公司的zedboard开发板，以及adi公司的ad9361子板组成，其中zedboard开发板内部主要由zynq系列的fpga芯片，千兆网口芯片，ddr内存条、串口芯片等组成。开发步骤主要是pc端通过串口发送ad9361芯片的寄存器至zynq的ps端，随后ps端通过axi时序将数据传输至pl端，pl端通过fmc接口，采用spi时序将寄存器配置至ad9361芯片中，实现了数据采集，采集的数据由ad9361子板通过fmc接口传输至zynq的pl端，pl端通过axi时序传输到ps端，ps端将数据写入到zedbaord上的ddr内存中并继续由ps端读出，ps端读出的数据再通过zedboard板上的千兆网口传输至pc端，完成整个数据的采集、存储、传输。

对于以上方法，从系统移植问题来说，该方法只限于zynq型号等集成了arm系列的芯片，对于纯逻辑常规fpga无法移植；从逻辑资源及人力成本来说，zynq内部逻辑资源以及pl端io不是太充足，且开发人员要求高，既要对arm操作熟悉，也要对fpga操作熟悉，成本相对来说较高；从整个系统运行速度来说，该方式通过ps端将pl端数据存入ddr，并由ps端读出，需要fpga与arm协同处理，对比纯逻辑fpga使用全并行的方式采集、存储、传输数据，zynq开发方式速度相对于来说较慢；对于扫频方式来说，常用的ps端控制pl端，再由pl端控制ad9361扫频方式速度不是太快；对于存储方式来说，单通道存储并读写方式，对于多个通道数据要同时存储且读出的要求不是容易满足，实时性相对于来说较低，故而需要一种新型的采集、存储、传输方式解决该方式的不足。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置及采集方法。这种装置成本低、易于实现、实时性好，通用性强，操作简单。这种方法可以对70mhz到6ghz无线信号定频采集、对无人机常用图传及遥控信号的频段进行快速扫频采集、对采集的大规模实时数据进行存储及8通道异步同时读写。

实现本发明目的的技术方案是：

一种无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置，与现有技术不同的是，包括fpga板和与fpga板通过fmc连接方式连接的ad9361子板及与fpga板通过io双向连接方式连接的千兆网口扩展板，其中fpga板通过串口外接pc端，fpga板控制千兆网口扩展板对采集数据打包上传，fpga控制串口并对串口协议解析达到控制整个装置的目的。

所述fpga板采用黑金开发板ax7325，其内部集成有xc7k325tiffg900的fpga、ddr3内存条、fmc扩展接口、串口和温度传感器lm75。

所述千兆网口扩展板为黑金千兆网口扩展板。

所述ad9361子板为adi公司评估板。

使用上述无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置的采集方法，包括如下步骤：

1）fpga控制ad9361初始化：fpga控制spi时序对射频捷变收发器ad9361配置相关寄存器使其初始化，寄存器见官方手册ad9361_register_map_reference_manual_ug-671；

2）ad9361双通道定频、宽带扫频采集：pc端通过串口命令控制fpga进入双通道扫频模式，fpga控制由vivado的ip核产生的rom模块，内部存有ad9361频率寄存器信息，进行快速循环读取，并通过spi时序对ad9361进行配置，对2.3ghz-2.5ghz、5.7ghz-5.9ghz频段快速扫频采集，若pc端通过串口发送相应频率的寄存器，再把该寄存器由fpga通过spi时序写入ad9361芯片中，即可对ad9361进行双通道定频采集；

3）采集数据进行多通道分配：射频捷变收发器ad9361扫频或定频采集数据，分别为通道1的i路、通道1的q路、通道2的i路、通道2的q路，以及对通道1与通道2的iq两路数据整合,i为低位，q为高位，凑齐6路数据；

4）采集数据的fft处理：fpga将通道1与通道2的iq两路整合数据分支路进行fft处理，采用xilinx的ip实现，故数据通道分为8路，分别是步骤3）所述的6路及本步骤产生的2路；

5）8通道数据异步存储传输：fpga控制ddr3内存条对8通道数据进行异步快速存储并异步快速输出，达到多通道大容量数据缓存目的，为后续数据处理做缓存效果；

6）fpga板温控保护处理：pc端通过串口发送命令对fpga板上的风扇进行控制，通过fpga板上的lm75对当前温度采集，依据当前温度值，对fpga板实时相应控制，包括对风扇自动控制、风扇常开、风扇常关，达到保护硬件，减小功率效果；

7）采集数据的千兆网传输：pc端通过串口发送命令对步骤5）所述的8通道数据进行选择性传输至千兆网口板，千兆网口板对该数据进行打包处理，每一包数据为640byte，采用udp协议方式发送至pc端，完成对整个无人机图传及遥控信号的采集、存储、传输。

本技术方案的优点是该装置及方法通过fpga利用内部存储器存储寄存器信息，通过上位机一个指令，既可实现ad9361对相应频段进行双通道快速不间断扫频，该方法操作简单、易于移植、速度快，此外该方法使用了多通道ddr3技术，该技术实现了多个通道数据异步实时读写及大规模数据存储、传输，便于pc端对多通道实时采集数据进行分析及算法处理，并且该装置及方法通过串口实现了对整个装置的控制，不仅对无人机图传及遥控信号实施采集，还可以对70mhz-6ghz任意无线信号实施采集，通用性强，操作简单。

这种装置成本低、易于实现、通用性强，操作简单。这种方法可以对70mhz到6ghz无线信号定频检测、对无人机常用图传及遥控信号的频段进行快速扫频、对采集的大规模实时数据进行存储及8通道异步同时读写。

附图说明

图1为实施例中的装置结构示意图；

图2为为实施例中的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1，一种无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置，包括fpga板和与fpga板通过fmc连接方式连接的ad9361子板及与fpga板通过io双向连接方式连接的千兆网口扩展板，其中fpga板通过串口外接pc端，fpga板控制千兆网口扩展板对采集数据打包上传，fpga控制串口并对串口协议解析达到控制整个装置的目的。

所述fpga板采用黑金开发板ax7325，其内部集成有xc7k325tiffg900的fpga、ddr3内存条、fmc扩展接口、串口和温度传感器lm75。

所述千兆网口扩展板为黑金千兆网口扩展板。

所述ad9361子板为adi公司评估板。

使用上述无人机图传及遥控信号的快速通用采集装置的采集方法，包括如下步骤，如图2所示：

1）fpga控制ad9361初始化：fpga控制spi时序对射频捷变收发器ad9361配置相关寄存器使其初始化，寄存器见官方手册ad9361_register_map_reference_manual_ug-671；

2）ad9361双通道定频、宽带扫频采集：pc端通过串口命令控制fpga进入双通道扫频模式，fpga控制由vivado的ip核产生的rom模块，内部存有ad9361频率寄存器信息，进行快速循环读取，并通过spi时序对ad9361进行配置，对2.3ghz-2.5ghz、5.7ghz-5.9ghz频段快速扫频采集，若pc端通过串口发送相应频率的寄存器，再把该寄存器由fpga通过spi时序写入ad9361芯片中，即可对ad9361进行双通道定频采集；

3）采集数据进行多通道分配：射频捷变收发器ad9361扫频或定频采集数据，分别为通道1的i路、通道1的q路、通道2的i路、通道2的q路，以及对通道1与通道2的iq两路数据整合,i为低位，q为高位，凑齐6路数据；

4）采集数据的fft处理：fpga将通道1与通道2的iq两路整合数据分支路进行fft处理，采用xilinx的ip实现，故数据通道分为8路，分别是步骤3）所述的6路及本步骤产生的2路；

5）8通道数据异步存储传输：fpga控制ddr3内存条对8通道数据进行异步快速存储并异步快速输出，达到多通道大容量数据缓存目的，为后续数据处理做缓存效果；

6）fpga板温控保护处理：pc端通过串口发送命令对fpga板上的风扇进行控制，通过fpga板上的lm75对当前温度采集，依据当前温度值，对fpga板实时相应控制，包括对风扇自动控制、风扇常开、风扇常关，达到保护硬件，减小功率效果；

7）采集数据的千兆网传输：pc端通过串口发送命令对步骤5）所述的8通道数据进行选择性传输至千兆网口板，千兆网口板对该数据进行打包处理，每一包数据为640byte，采用udp协议方式发送至pc端，完成对整个无人机图传及遥控信号的采集、存储、传输。