一种通用自适应波束形成技术实现的硬件平台的制作方法

本发明涉及雷达信号接收波束形成系统，特别涉及一种采用相控阵体制雷达、多子阵、多数字接收通道、高数据率的雷达信号的通用自适应波束形成技术实现的硬件平台。

背景技术：

随着雷达技术、高速数字器件和空间滤波理论的发展，现代雷达已经实现了基带、中频甚至部分射频领域的数字化。相比于模拟方式的波束控制方法，更具灵活性、精准度、更强抗干扰能力的自适应数字波束形成方法优势明显。但自适应波束形成算法同样对硬件平台提出了更高的要求：高数字带宽，平台通用性和可扩展性，可靠性和数据处理实时性等。

目前自适应波束形成硬件平台的研制都根据某一具体型号具体功能，分析系统所需资源，然后再设计硬件，最后编程实现。这种设计方法存在几大缺点：

1.通用性差，需要每次重新设计硬件耗费大量的人力和物力，增加了研制费用，延长了研制周期；

2.扩展性差，扩展性一方面包括硬件相关的扩展性，如增加接收通道等；如果增加接收通道常规设计需要硬件重新设计投板；另一方面包括软件相关的扩展性，如增加其他数字算法(同时多波束，角度超分辨等)，常规设计在增加其他算法时需要总体的软件方案变化，也对系统的数据接口带宽和数字逻辑资源有更高的要求。

3.可靠性差，由于非通用设计，可靠性不高，当硬件平台部分故障时，整个系统就不能正常工作，不能实现冗余设计；

4.数据传输速度慢，以往的数据流信号都是通过并行数据线、地址线进行数据传输，速度慢可靠性不高，且不适合远距离传输。而高速传输总线又要求数据打包，使得系统处理有间歇和停顿，系统延时也不稳定。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通用自适应波束形成技术实现的硬件平台，以解决现有的自适应波束形成硬件平台的通用性差、扩展性差及可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种通用自适应波束形成技术实现的硬件平台，包括：

ad子卡，通过多通道ad芯片采集多通道中频模拟信号并进行模数转换得到数字信号，然后通过fmc插件内的高速lvds对所述数字信号进行串行处理后输出高速串行lvds数据至通用信号预处理板；

通用信号预处理板，用于对所述高速串行lvds数据进行数字波束形成及附属功能编程处理，得到波束形成结果；

主控接口板，用于通过高速lvds接收所述波束形成结果并将接收的数据流转发，以及进行自适应通道系数计算，完成时序转发及/或产生功能；

背板，通过vpx插件与所述ad子卡、通用信号预处理板及主控接口板互连，以实现数据交互。

较佳地，所述ad子卡可根据需要进行重配置，具备8个或16个采样通道，并通过fmc插件与通用信号预处理板连接。

较佳地，所述通用信号预处理板包括四片大容量fpga，任意两片之间通过用于配置差分、单端样式的数据线互连。

较佳地，所述通用信号预处理板为1个或多个，并通过vpx插件与背板相连，所述通用信号预处理板设置有可编程板位号，并可加载运行相同的程序。

较佳地，所述主控接口板包括fpga芯片及dsp芯片，所述fpga芯片将接收的数据流通过光纤模块转发给信号处理系统，同时通过can总线接收波束形成系统调度命令，并产生系统时序，所述dsp芯片完成自适应波束形成的权值计算和相关扩展功能的算法实现。

较佳地，所述fpga芯片及dsp芯片通过raipidio高速串行接口实现数据交互。

较佳地，所述背板设有vpx插座，采用等效全互联结构，用于提供任意两片vpx插件之间全互连的高速lvds互连资源，以及提供每个vpx插件的可编程板位号，同时设置有gpio互连资源和广播形式的并口资源。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

配置灵活，通用性强，用户可以根据需要增加或减少通用预处理板数量，可根据需要定制ad芯片型号、fpga芯片型号、dsp芯片型号，并不影向系统结构，且根据板位号进行冗余接口设计，可以使所有通用信号预处理板加载同样的逻辑软件，大大减少了备份件数量；扩展性强，可定制接入平台的数据通道数目和平台可实现的软件功能，平台背板的全互联结构同时支持在不增加硬件链路的情况下同时形成4个数字波束；可靠性强，预处理板之间通过串行lvds高速结构互连，数据流的传输方式相比数据包的传输方式保证了系统处理延时稳定，高速串行收发器支持下的lvds传输保证了数据传输的抗干扰能力，使得数据传输可靠有效。

附图说明

图1为本发明优选实施例通用自适应波束形成实现硬件平台架构结构示意图；

图2为本发明优选实施例通用信号预处理板基本架构示意图；

图3为本发明优选实施例主控接口板架构示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

参考图1所示，本实施例提供的通用自适应波束形成技术实现的硬件平台，包括：

ad子卡，通过多通道ad芯片采集多通道中频模拟信号并进行模数转换得到数字信号，然后通过fmc插件内的高速lvds对所述数字信号进行串行处理后输出高速串行lvds数据至通用信号预处理板；

通用信号预处理板，用于对所述高速串行lvds数据进行数字波束形成及附属功能编程处理，得到波束形成结果；

主控接口板，用于通过高速lvds接收所述波束形成结果并将接收的数据流转发，以及进行自适应通道系数计算，完成时序转发及/或产生功能；

背板，通过vpx插件与ad子卡、通用信号预处理板及主控接口板互连，以实现数据交互。

其中，ad子卡主要完成数据采集，可配置多通道数字采集，作为平台信号接入源，其可根据需要进行重配置，具备多个(一般为8个或16)采样通道，并通过fmc插件与通用信号预处理板连接。

通用信号预处理板主要包括四片大容量fpga，，完成数字波束形成和其他可编程附属功能，数字波束形成所使用的系数由主控板计算，通过高速串行lvds通信链路更新，同时板上丰富的逻辑资源可完成系统功能扩展，如加入脉冲压缩模块、数据通道校正模块、通道均衡模块等。任意两片fpga之间通过用于配置差分、单端样式的数据线互连。其中，通用信号预处理板可根据需要为1个或多个，并通过vpx插件与背板相连，通用信号预处理板设置有可编程板位号，并可加载运行相同的程序。

主控接口板包括一片fpga芯片及两片dsp芯片，fpga芯片主要负责接收通过高速lvds接收到的波束形成结果，并将接收的数据流通过光纤模块转发给信号处理系统，同时通过can总线接收波束形成系统调度命令，并产生系统时序。dsp芯片完成自适应波束形成的权值计算和相关扩展功能的算法实现。其中，fpga芯片及dsp芯片通过raipidio高速串行接口实现数据交互。

背板主要实现数据交互功能，背板上设有vpx插座，通过vpx插件与各个板卡互连。本平台背板采用等效全互联结构，用于提供任意两片vpx插件之间全互连的高速lvds互连资源，以及提供每个vpx插件的可编程板位号，同时设置有gpio互连资源和广播形式的并口资源，为实现同时多波束等其他数字波束算法扩展提供接口支持。

本发明主要通过ad子卡采集中频接收机信号，通用信号预处理板完成通道加权，形成数字波束，数字波束经数据接口传输至主控接口板，由主控接口板通过光纤转发至信号处理，同时主控接口板接收通用信号预处理板的采样信号，通过自适应算法计算自适应系数，并反馈给通用信号预处理板。

以下举应用实例进一步说明，但该应用例并不局限本发明的组成及功能。

应用实例：

该平台通过ad子卡采样接收机中频模拟信号，采集的多通道数据通过高速lvds传输给通用信号预处理板。本应用实例中ad子卡选用两片adi公司的ad9653芯片实现8通道40mhz中频采样，每块母板可搭载两个ad子卡，所以一块通用信号预处理板加ad子卡的组合可以完成16个中频接收通道的采样；

通用信号预处理板主要上完成数字波束形成和其他可编程附属功能，参考图2，本应用实例中选用四片altera公司的stratixiv系列ep4se530h40i4芯片作为主要芯片完成主要逻辑模块实现，fpga芯片通过高速串行lvds通信链路与其他通用信号预处理板和主控接口板互连，传递数字波束信息和通道系数数据，同时利用板上丰富的逻辑资源还完成了系统功能扩展，如加入脉冲压缩模块、数据通道校正模块、通道均衡模块等，本应用实例中选用了4块通用预处理板，接入硬件平台的通道数为64个；

主控接口板完成自适应波束形成权值计算、数字波束数据转发、时序控制与调度信息转发等功能。参考图3，本实例中fpga芯片选用了altera公司的stratixiv系列ep4se230h40i4，高速dsp芯片选用了ti6678多核芯片；其中fpga芯片主要负责接收通过高速lvds接收到的波束形成结果，并将数据流通过光纤模块转发给信号处理系统，同时通过can总线接收波束形成系统调度命令，并产生系统时序，dsp芯片完成自适应波束形成的权值计算和相关扩展功能的算法实现，fpga与dsp芯片之间通过raipidio高速串行接口实现数据交互；

背板主要实现数据交互功能，通过vpx插件与各个板卡互连，本平台背板采用等效全互联结构，同时为各个通用信号预处理板提供可编程板位号，可灵活配置数据接口，本应用实例中背板设计了6个标准vpx插件，采用全互联结构，背板搭载了四片通用信号预处理板和一片主控接口板。

本应用实例通过以上硬件架构，完成了具备64个子阵通道的雷达自适应波束形成系统功能。解决了常规雷达波束形成系统开发通用性、扩展性、可靠性、数据实时性较差的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。