专利名称：一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及雷达视频图像传输与显示技术領域，属于一种具有多种雷达视频接口并能自适应选择对应接口的雷达视频数字化处理装置，应用于对雷达视频数据进行数字化传输处理。
背景技术：
随着计算机技术的不断发展，各类型嵌入式处理器和大规模可编程器件的规模和处理速度得到了大幅度的提升。基于高性能的硬件平台，各种压缩算法，特别是实时雷达视频的数字化压缩/解压缩处理算法有了实现的条件。雷达视频接口分为模拟量方式:具有回波视频信号，单端或差分主触发脉冲信号、单端或差分正北信号、单端或差分方位增量信号等信号量；或将数据与方位信息混合的组合编码数字量RS422接口:具有回波视频信号、差分主触发脉冲信号、差分RD数据信号，差分TD数据信号等信号量，差分RD和TD数据包含了方位数据和雷达控制与状态信息。舰载基于环扫、扇扫的二坐标和三坐标雷达的雷达视频接口一般分为以下两种传输方式:1、模拟量方式:具有回波视频信号，单端或差分主触发脉冲信号、单端或差分正北信号、单端或差分方位增量信号等信号量，信号中不含雷达控制与状态信息，主要应用于较为复杂的军用雷达和导航雷达接口，如XX2雷达、XX4雷达视频接口等；2、数据与方位信息混合组合编码数字量RS422接口:具有回波视频信号、差分主触发脉冲信号、差分RD数据信号，差分TD数据信号等信号量，差分RD和TD数据包含了方位数据和雷达控制与状态信息，主要应用于新型军用雷达和结构紧凑的民用雷达接口，如引进的Sperry Marine公司VisionMaster雷达视频通道接口等。模拟传输技术存在着一些先天的不足，如模拟系统调整起来较复杂、弱小信号的传输对电路和线路要求较高、模拟信号抗外界和机箱内干扰能力弱等。
发明内容本实用新型的目的在于提供具有多种雷达视频接口并能自适应选择对应接口的雷达视频数字化处理装置，该设备接收模拟量和组合编码数字量等多种雷达视频接口的雷达视频信息，对雷达信号进行数字化和压缩处理后，通过目前广泛应用的以太网方式传输。数字量接口能够接收雷达天线的状态信息并通过网络上报给终端进行显示；终端设备能够通过本发明的数字量接口对雷达天线状态进行调整。本实用新型一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，包括:雷达视频数字化处理设备机箱1、电源2、双路雷达视频数字化处理板RVDPB-C6-10 (3);其中雷达视频数字化处理设备机箱I具备回波视频信号，单端或差分主触发脉冲信号、单端或差分正北信号、单端或差分方位增量信号等模拟信号量接口和回波视频信号、差分主触发脉冲信号、差分RD数据信号，差分TD数据信号组合编码数字量RS422接口，上述接口信号接入双路雷达视频数字化处理板RVDPB-C6-10(3)，经数字化处理后以UDP协议通过以太网接口向全网
用户发布。所述双路雷达视频数字化处理板RVDro-C6-10 (3)，包括:雷达接口与数据处理模块10、数据缓存与存储器模块11、时序控制模块12、数字信号处理器DSP14、数据输出模块15。所述雷达接口与数据处理模块10，包括:归一化处理模块22、归一化处理模块23、编码预处理与增益调节控制模块24和雷达状态收发模块25。所述时序控制模块12，包括:高速串口通讯模块26、雷达信号特征判断模块27、自适应判断选择逻辑28、编码预处理模块31、DSP中断控制与通信模块29、恒虚警门限处理模块45。所述数字信号处理器DSP14，包括:初始化模块17、数据传输模块18、主控模块19、压缩编码模块20、网络控制模块21。所述的雷达接口与数据处理模块、数据缓冲与存储器模块、时序控制模块、数字信号处理器DSP、数据输出模块、以太网物理层接口、电源模块等，分别简述各模块功能如下:I)雷达接口与数据处理模块分别提供两路两种接口方式，并对其进行自适应自动选择，分别为包括单端和差分的方位增量、正北、主触发脉冲、视频回波等雷达信号的输入与归一化处理；与包括差分RD信号、差分TD信号、差分主触发脉冲信号、视频回波等雷达信号的输入与预处理，并对输入的雷达视频进行增益调节控制，并将处理后的信号送入时序控制|吴块；2)时序控制模块采用FPGA对接收到的雷达信号数字量和模拟量进行自适应选择后重新编码排序与预处理，在FPGA中主要完成对RD信号和TD信号的编码接入工作，设计了非标准的高速76800波特率对应串口接收与处理电路，从串口通讯报文中分离方位增量和正北信号；对天线方位信息和定时信号的分析处理和雷达视频进行预处理；应用恒虚警门限电路自动设置噪声门限；在FPGA片内存储器中存储一个雷达距离触发周期的雷达数字视频和方位等控制信息后，与DSP进行通信；3)数字信号处理器DSP作为系统核心主要完成压缩算法的计算，对数据输出模块的硬件协议栈芯片进行控制和网络传输的控制，对输入输出缓冲区的管理与控制等；4)数据缓冲与存储器模块主要负责对数据进行缓冲存储与程序存储记录；5)数据输出模块的功能包括将压缩后的雷达视频通过UDP协议发送到网络，根据网络环境来自适应调节发送的雷达视频数据流；同时，网络接入控制模块还接受显示控制中心或远程终端对雷达视频服务器的控制信息，对本机的各种参数进行调整和功能控制。本实用新型一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，具有如下功能:(I)通过接口电路接收具有回波视频信号，单端/差分主触发脉冲信号、单端/差分正北信号、单端/差分方位增量信号等信号量的雷达视频信号，或具有回波视频信号、差分主触发脉冲信号、差分RD数据信号，差分TD数据信号等雷达视频组合编码信号量，差分RD和TD数据包含了方位数据和雷达控制与状态信息的雷达视频信息；(2)对多种接口的雷达视频信息进行信号采样与预处理；(3 )将处理雷达视频数据送入FPGA内，FPGA通过雷达信号特征判断逻辑电路对收到的雷达视频信息进行判断并自适应选择正确的接口信息，归一化处理后送入DSP中进行数字化处理；(4)在DSP中对收到的雷达视频信息运用雷达视频数据实时压缩算法进行压缩处理，并对网络协议栈芯片进行配置；(5)网络协议栈芯片将压缩后的雷达视频通过UDP协议发送到网络，根据网络环境来自适应调节发送的雷达视频数据流并接受显示控制中心或远程终端对雷达视频服务器的控制信息，对本机的各种参数进行调整和功能控制；(6)设备具有在线和离线测试功能，工作时设备可对相关参数进行监控并实时报警，支持系统查询状态。离线时可利用便携计算机对相关参数进行测试。根据信息熵编码原理，信源中含有自然冗余度，这些冗余度既来自于信源本身的相关性，又来自于信源概率分布的不均匀性，只要找到去除相关性或改变概率分布不均匀性的手段和方法，也就找到了信息压缩编码的方法。为了获取尽可能大的压缩比，根据雷达视频信号的相关特点，综合运用有损压缩算法和无失真编码。雷达视频的数据压缩的可行性源于雷达信号的相关性，在雷达视频回波中，无论是海面，空中和陆地视频，除了脉冲视频信号外，都存在着大量的连续值相同的情况和大量的等于或接近于零值的情况，针对这一特点，在对雷达视频进行脉冲压缩处理后，本发明采用游程编码来实现较大的压缩比。此外，在雷达视频回波中，往往存在着较小幅度的杂波和噪声，影响观察和处理的效果，同时也为了进一步提高游程编码的压缩效率，本发明设置了恒虚警式的数字化噪声门限，将小于该门限的视频信号用零值来表示。门限的选择恰当与否对压缩的效果好坏起着重要作用。为了增强系统的适应能力，系统既可以由控制终端设定门限值，也可以根据先验值，预先设定一个最低门限值和一个最高门限值。系统在压缩率与图像质量之间根据网络环境的变化在此之间自动调整门限。在保证一定视频质量和实时性要求的前提下，本发明充分利用雷达脉冲回波信号的相关性。采用脉冲压缩、空间冗余、视觉冗余和游程编码等多种压缩方法相结合的方法对雷达视频资料进行压缩，获取尽可能大的压缩比。本实用新型一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置的优点是:具备对多种雷达视频接口的自适应选择，并能对雷达视频进行数字化压缩处理后通过以太网络向全网用户发布视频数据流。能够满足对多路多种接口的雷达视频进行编/解码处理、网络传输、显示及记录的需求，满足舰载使用对环境适应性、电磁兼容性和高可靠性的要求，实现对模拟量和数字量等多种雷达视频接口的自适应性接入和对多路雷达视频高质量、高效率的数字化传输和分配，设备采用独立壁挂式结构和嵌入式模块，可以应用于各种军民用领域，具有适应范围广、技术实现简单易行、可扩展性强，与操作系统无关等显著优点，结构紧凑，稳定可靠。同时在前端对雷达视频信号进行数字化和压缩处理，再通过目前广泛应用的以太网以数字信号的方式传输，克服了上述模拟传输技术的不足，更好地解决雷达视频信号的接入、传输和记录问题，具有硬件结构简单、可靠性高、成本低、体积小、应用广泛等特点。
图1是雷达视频数字化处理设备结构外形图；[0034]图2是雷达视频数字化处理设备应用框图；图3是雷达视频数字化处理设备模块框图；图4是双路雷达视频数字化处理模块(RVDPB-C6-10)框图；图5是雷达视频数字化处理设备组成框图；图6是雷达接口与数据处理模块信息流程框图图7是时序控制模块信息流程框图图8是DSP软件组成框图；图9是雷达视频实时压缩算法示意图；图10是基于硬件并行处理的多分层恒虚警雷达视频预处理技术示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的技术方案。如图1，雷达视频数字化处理装置，采用2U机箱结构，雷达视频数字化处理装置由下列模块组成，如表I所示。雷达视频数字化处理设备模块框图如图3所示。表I雷达视频数字化处理装置组成
权利要求1.一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，其特征在于:包括:雷达视频数字化处理设备机箱(I)、电源(2)、双路雷达视频数字化处理板RVDPB-C6-10 (3)组成；其中雷达视频数字化处理设备机箱(I)具备回波视频信号，单端或差分主触发脉冲信号、单端或差分正北信号、单端或差分方位增量信号等模拟信号量接口和回波视频信号、差分主触发脉冲信号、差分RD数据信号，差分TD数据信号等组合编码数字量RS422接口，上述接口信号接入双路雷达视频数字化处理板RVDPB-C6-10(3)，经数字化处理后以UDP协议通过以太网接口向全网用户发布。
2.根据权利要求2所述的一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，其特征在于:所述双路雷达视频数字化处理板RVDPB-C6-10 (3)，包括:雷达接口与数据处理模块(10)、数据缓存与存储器模块(11)、时序控制模块(12)、数字信号处理器DSP (14)、数据输出模块(15)。
3.根据权利要求所述的一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，其特征在于:所述雷达接口与数据处理模块(10)，包括:归一化处理模块(22)、归一化处理模块(23)、编码预处理与增益调节控制模块(24)和雷达状态收发模块(25)。
4.根据权利要求2所述的一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，其特征在于:所述时序控制模块(12)，包括:高速串口通讯模块(26)、雷达信号特征判断模块(27)、自适应判断选择逻辑(28)、编码预处理模块(31)、DSP中断控制与通信模块(29)、恒虚警门限处理模块(45)。
5.根据权利要求2所述的一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，其特征在于:所述数字信号处理器DSP (14)，包括:初始化模块(17)、数据传输模块(18)、主控模块(19)、压缩编码模块(20)、网络控制模块(21)。
专利摘要本实用新型公开了一种多种接口自适应的雷达视频数字化处理装置，涉及雷达视频图像传输与显示技术领域，该装置包括雷达视频数字化处理设备机箱、电源、双路雷达视频数字化处理板RVDPB-C6-10，并能执行如下步骤(1)接收来自雷达多种接口的信号并自适应选择；(2)能够对归一化处理后的雷达视频信息进行数字化处理和压缩编码；(3)可以同时处理最多2路雷达视频，通过以太网以UDP协议组播的方式向全网用户发布；(4)能够接收雷达天线的状态信息并通过网络上报给终端进行显示；终端设备能够通过雷达视频数字化处理设备的数字量接口对雷达天线状态进行调整；(5)设备具有在线和离线测试功能。
文档编号H04L25/02GK203014851SQ201220714348
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月22日 优先权日2012年12月22日
发明者宋俊强, 李宇良, 汤敬伟 申请人:中国船舶重工集团公司第七0九研究所