专利名称：多工作状态的高频雷达接收机的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种雷达同步控制方法，具体地说，是在现有的单个任务时序控制技术上，完成多个工作状态的时序控制并同时完成相应的数据采集。
背景技术：
便携式高频地波雷达海洋环境监测系统是武汉大学研制的探测海洋表面风、浪、流场和低速移动目标等海洋环境要素的先进雷达系统，该雷达接收机采用了多状态时序控制同步控制技术，能够一个雷达工作周期内完成雷达回波信号处理和频谱数据采集的功能，而且又为多频雷达的实现提供了一个可行的方案，提高了雷达的抗干扰的能力，同时又降低了设计成本。
该雷达接收机采用了同步控制器负责系统中各个部件的协调工作，为系统中的其他部件提供触发和定时信号，本系统采用了现场可编程逻辑阵列(FPGA)作为同步控制的硬件平台，可较好地满足实时准确的同步时序控制要求，而且能够集成其余通道控制和数据传输的功能。雷达系统要求同步控制信号的产生具有很高的准确性，稳定性和可靠性，以避免引起系统的相位误差。
武汉大学的一项实用新型专利《高频地波雷达数字相干接收机》(ZL200420057632.3)，该雷达接收机采用收发共站、线性调频中断连续波、一次混频带通采样和数字信号处理器完成多通道的数据处理；具有性能稳定、结构简单、系统线性度和动态稳定度好的优点；但雷达的同步控制器在一个工作周期内只能完成单个工作状态，功能单一。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种多工作状态的高频雷达接收机的控制方法，从而实现对雷达工作状态的灵活配置。能够在一个工作周期完成多个工作状态，例如可以将工作状态配置成回波处理状态和频谱监测状态，或者将雷达系统配置成多频雷达系统。
本发明提供的技术方案是一种多工作状态的高频雷达接收机的控制方法，其特征在于在高频雷达接收机的同步控制器中，采用了不同的状态标志work_state置为所处的工作状态值，在不同的工作状态雷达接收机系统设置在不同的工作状态；波形发生部分的所有操作由工作状态控制程序决定，该程序在收到有效的触发信号之后，根据计数器值，将输出状态标志work_state置为当前所处的状态值，波形发生部分的工作状态如下unwork，initializing，work_1，work_2，…，unwork和initializing状态为系统初始化状态，work_1，work_2，…分别为用户设定的工作状态；在完成不同的工作状态work_1，work_2，…的同时，对其工作状态参数进行采集并完成相应的处理，并加以标志头文件进行传输。
本发明的原理是灵活地运用了同步控制器中的定时信号及其计数器值，通过设置计数器值及其状态来实现工作状态的跳转，在雷达的每一个工作周期内完成一个完整的状态跳变，除了系统初始化所需的unwork和initializing状态外，work_1，work_2，…均为用户设定的工作状态。
当输入复位信号RESET为高电平时，波形发生部分处于unwork状态，状态控制程序识别到work_state为unwork，将内部所有寄存器和计数器清零，对同步控制程序进行复位，当输入复位信号为低电平时，工作状态控制程序的计数器tempo被使能同时开始计数。根据不同计数值，输出的work_state输出其余的工作状态。
状态initializing是留给波形发生部分初始化的时间段，在此阶段，初始化状态控制程序开始工作，同步控制程序从双口RAM中循环读出波形参数，送入相应的寄存器中。
当波形发生部分处于work_1工作状态时，假设work_1状态为雷达系统正常工作状态，此时进行运算比较输出波形的状态控制程序开始工作，输出一系列的时序脉冲及中断请求控制信号，如门控脉冲信号(TP)，压地波信号(BGW)，雷达信号源触发信号(RFUpdate)，雷达本振源触发信号(LOUpdate)等雷达正常工作所需要的时序触发信号，同时产生一系列数据采集所需的时序信号，如采样信号(ADCLK)，采样触发中断请求信号(Framel)等，数字信号处理器(DSP)响应该中断请求后，完成对中频信号的数据采集，并完成数字下变频，快速傅立叶运算等处理，work_1也可根据用户要求设定为相应的工作状态。
当波形发生部分处于work_2工作状态时，假设work_2状态为雷达系统进行频谱检测的工作状态，此时同步控制按照要求输出相应的时序控制信号，如将雷达的门控信号TP置零，同时产生中断请求信号，将雷达信号源复位停止输出，同时更改本振信号源的频率参数并触发工作，外界的噪声信号与本振信号混频之后得到中频信号，并对其进行采样，此时的采样触发中断信号(Frame2)作为DSP接收工作状态2的中断请求信号，DSP响应该中断请求，根据用户设定的中断服务程序完成对工作状态2的数据采集及处理。
以此类推，若用户设定了更多的工作状态，用户可根据要求设定相应的工作状态程序。
本发明利用同步控制器的时序控制状态的可配置性，灵活地配置雷达接收机的工作状态。系统中利用了定时脉冲和设定计数器值来决定工作状态的跳转，当工作状态程序跳转到用户设定的工作状态时，同步控制程序会产生一系列的时序脉冲信号及相应的中断请求信号，使得控制雷达系统的频率源模块，数据采集模块及数据传输模块，使之协调工作，满足用户设定的工作任务。
本发明的雷达接收机的同步控制器采用了现场可编程逻辑阵列(FPGA)完成对所有模块的控制，当系统上电初始化时，将计数器值和寄存器值清零，同时将波形参数下载到同步控制器的双口RAM中。此时同步控制的工作状态为unwork状态，参数下载完毕后，进入initializing工作状态，清空计数器tempo，并开始计数，此时同步控制程序将从双口RAM中循环读出波形参数送入工作寄存器中。当状态控制程序跳转到正常工作阶段，一系列的时序控制信号及中断请求信号均被产生，系统将会按照用户设定的工作流程运行，当一个完整的工作周期结束后，同步控制程序将进入下一个工作周期，由于此时系统尚未掉电，无需完成系统上电初始化，则进入initializing工作状态，将tempo进行清零，并重新开始计数，完成第二个工作周期的工作状态。
本发明具有下列优点和积极效果利用了雷达同步状态控制的工作机理，对原有的单状态，单任务的同步控制结构进行改进，增加了工作状态的数目，使得雷达系统在一个工作周期内完成更多的工作任务，分别在每个工作状态的状态控制程序中增加一些中断请求信号，使得其余工作模块响应各自的中断请求，用以区分和做相应的信号处理，扩展了雷达系统的功能。
图1是本发明实施例的同步控制程序中的工作状态控制流程图；图2是高频雷达的系统结构框图；图3是高频雷达系统同步控制器的工作模块图。
其中1--雷达频率源工作模块2--雷达发射模块3--同步控制器工作模块4--回波接收及数据处理模块5--主控计算机6--雷达信号源触发信号7--雷达本振源触发信号8--工作状态1中断请求信号9--工作状态2中断请求信号10--工作状态N中断请求信号11--采样时钟信号12--压地波信号13--数据采集工作状态1中断请求信号14--数据采集工作状态2中断请求信号15--数据采集工作状态N中断请求信号16--下载同步控制的波形参数17--处理结果上传主控计算机18--雷达发射通道19--雷达发射电波20--雷达目标回波21--双口RAM工作模块22--分频工作模块23--主控程序模块具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，定时脉冲信号为同步控制程序中的定时基准信号，用于系统定时计数脉冲信号，当系统开始工作时，系统检测到每一个定时脉冲信号的上升沿到来的时候，计数器tempo的值加1，通过计数器值与预先设置的状态跳转临界值相比较，如图中所示，当计数值小于临界值时，继续执行当前的工作状态程序，若计数值大于或等于该临界值时，状态控制程序将跳转到下一个工作状态，依次执行，直到执行完所有的工作状态，直至最后一个工作状态的临界值时，即完成了一个完整的工作周期，进入下一个工作周期，计数器值tempo清零，重新计数。
图2中给出了雷达系统的框架结构图，由图所示，该系统由同步控制模块，雷达信号源模块，雷达回波数据采集及处理模块，收发天线系统以及主控计算机组成。当雷达同步控制器完成了系统的初始化后，由同步控制器输出一系列的时序控制脉冲使得雷达系统开始工作，例如当工作状态1(work_1)定义为雷达回波处理状态时，同步控制器输出频率源中断请求信号，雷达信号源响应该中断请求，使得雷达信号源开始工作，为了使得雷达信号源输出的发射信号和本振信号具有严格的初始相位，则发射信号源和本振源均由同一信号触发工作；工作状态2(work_2)可以根据用户设定的工作状态工作，当状态跳转到工作状态2时，根据用户设定的信号源中断服务程序响应该中断，设定信号源输出，再由信号源触发信号使之工作。同样同步控制均在状态1和状态2，…状态N中为数据采集模块提供采样脉冲信号以及其余一系列的时序控制信号，例如当状态控制程序跳转到工作状态1时，该控制程序会产生中断请求信号12提供给采样处理模块，该模块响应该中断后，并按用户设定的中断服务程序完成相应的数据采集和数据处理，同样在工作状态2中，用户可设定相应的中断服务程序2用来完成状态2的数据采集和处理，工作状态3，…工作状态N均可按用户设定的程序工作。
附图3给出了同步控制器的基本组成部分，主要由双口RAM模块，波形发生模块和定时脉冲产生模块三个部分组成，定时脉冲产生模块用于对同步控制器的输入时钟进行分频，得到一系列的定时信号为波形发生模块提供定时脉冲。双口RAM工作模块中存放波形参数的控制字，当系统上电初始化的时候，将波形参数下载到同步控制器的双口RAM中，当同步控制器开始执行时，则将波形参数从双口RAM中读入一系列的寄存器中。供波形发生使用；波形发生模块为同步控制器的主要工作模块，主要完成定时脉冲的计数，计数值与预置状态参数的比较以及工作状态的跳转。
本发明的核心是将原有的单任务，单状态的雷达系统扩展成多任务，多状态的雷达系统，使得雷达在一个工作周期内完成更多的工作任务，用户可根据自己的需求，将雷达系统配置成带频谱检测的高频雷达接收机和多频雷达系统。扩展了雷达的功能，提高了雷达抗干扰能力，同时又无需增加硬件设备，降低了设计成本。
权利要求
1.多工作状态的高频雷达接收机的控制方法，其特征在于在高频雷达接收机的同步控制器中，采用了不同的状态标志work_state置为所处的工作状态值，在不同的工作状态雷达接收机系统设置在不同的工作状态；波形发生部分的所有操作由工作状态控制程序决定，该程序在收到有效的触发信号之后，根据计数器值，将输出状态标志work_state置为当前所处的状态值，波形发生部分的工作状态如下unwork，initializing，work_1，work_2，…，unwork和initializing状态为系统初始化状态，work_1，work_2，…分别为用户设定的工作状态；在完成不同的工作状态work_1，work_2，…的同时，对其工作状态参数进行采集并完成相应的处理，并加以标志头文件进行传输。
全文摘要
一种多工作状态的高频雷达接收机的控制方法，在高频雷达接收机的同步控制器中，采用了不同的状态标志work_state置为所处的工作状态值，在不同的工作状态雷达接收机系统设置在不同的工作状态；同步控制器产生的一系列时序控制信号均由工作状态控制程序决定，该程序在接收到所有有效的触发信号之后，根据复位电平和计数器值，将输出的标志work_state置为当前所处的状态，波形发生部分由多个工作状态组成，unwork，initializing为同步时序产生的初始化状态，work_1，work_2，…分别为用户设定的相应工作状态。本发明使得雷达接收机能够工作在多个状态下，完成了多个任务，提高了雷达的整体性能。
文档编号G01S13/88GK1924607SQ200610124528
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月14日 优先权日2006年9月14日
发明者文必洋, 沈伟, 周浩, 杨静, 黄晓静, 刘云 申请人:武汉大学