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光纤技术的雷达高速通信技术探究

雷达对物体探测的原理较为复杂,人们根据探测传输的信号,可实现对物体各种运行参数的分析与判断,为做出正确的决策提供依据,其对接收系统信号带宽及信号处理速率要求较高,因此,注重对所用通信技术的研究,具有重要的现实意义。

1雷达宽带信号接收系统分析

雷达接收系统主要有宽带数模转换器、数字信号处理器、宽带模数转换器、射频前端、接收天线等构成。在科技发展推动下,目前雷达接收系统已运用数字化技术。尤其光纤技术的发展与应用,大大提高雷达接收系统信息传输速率。当前雷达数字接收系统借助带通采样定理采样模拟中频信号,并在数字域下实现滤波的抽取与变频,得到基带信号,进行处理操作后,利用高速数据传出技术,将信号传输给接收端。接收端获得信号后,进行数字上变频处理,得到模拟信号,或通过显示器进行完成成像。为保证雷达带宽信号接收系统功能的充分发挥,应在明确系统构成部分及各模块负责的功能的基础上,充分了解光纤技术应用要求,尤其在通信协议上应做好充分的研究,在光纤技术支撑下,完成接受系统各个模块的设计,促进提高通信质量与效率。

2硬件结构研究

本文研究的系统功能强大,在接收光纤数据的基础上,能够实现对数据的解码、校验以及调制等处理,最终将中频模拟信号加以输出。这些功能的实现,无疑需要硬件系统的支支撑,因此,需要对雷达接收硬件结构进行充分研究,为设计工作的顺利实施提供依据。系统电路模块主要包括五个部分,分别为电源供电单元、数字正交调制单元、现场可编程门阵列(FPGA)单元、光纤通信单元以及时钟驱动单元。2.1电源供电单元电源供电单元主要作用是:为整个系统的运行供应电能,可提供的电源电压有1.2V、2.5V、3.3V、5V,能够满足系统不同构成部分运行对电压的需求。2.2数字正交调制单元数字正交调制单元包括低通滤波器、AD9957变频器。在该电路支撑下,完成上变频基带数据,并转换成中频模拟信号进行输出。2.3FPGA单元FPGA单元是系统的控制核心,由外围电路、配置电路以及FPGA芯片构成,负责采集、解码、校验高速并行数据。同时,配置相关器件。2.4光纤通信单元光纤通讯单元包括外围电路、高速串行器/解串器、光接发器等,负责光电转换信号,以及串/并转换高速串行数据。其中光收发器接口电路负责实现高速串行数据流向光信号的转换,而后借助光纤加以输出。应用的光收发器采用符合工业标准封装而成的MXP-243S-X系收发器,该收发器由发送器、接收器构成,可传输1310m长的光波,传输距离远达10km。另外,系统以LVPECL电平为电气输出标准,传输数据速率较高达1.25Gbps,1.2Gbps的传输速率即可满足系统要求,考虑到为近距离传输,因此,传输数据速率能很好满足系统运行需要。2.5时钟驱动单元时钟驱动单元由时钟驱动器、变压器构成,负责处理输入的时钟信号,使其能够兼容FPGA专用时钟引脚。系统的核心为MC100ES6210,其为全差分输出与输入专用时钟扇区缓冲器,其拥有的扇区缓冲单元相互独立,均能完成1:5差分时钟分配,输出的信号电平能够对PECL/ECL兼容。

3控制核心设计研究

系统控制核心为FPGA,其设计内容较为复杂,流程较多,共涉及八个步骤,是整个设计工作的重中之重,应引起设计人员的高度重视,接下来逐一对各步骤进行分析。①设计之初应完成设计定义,即,对方案的可行性进行充分论证。要求设计人员认真分析设计需求、设计指标以及设计复杂程度,确保选用的设计方案科学合理。一般情况下,采用的设计方法为自顶向下,即,将系统划分若干模块,而后继续划分属于每个模块下的相关单位,并完成不同模块相关功能。②硬件描述语言是FPGA设计的重要内容,目前来看,Ver-ilogHDL和VHDL是应用最为广泛的硬件描述语言,其中前者具有较强的建模能力、扩展性能优良以及语法简单等优点应用较为普遍。本文探讨的系统就是应用VerilogHDL进行开发。③功能仿真。使用GPGA设计软件对设计功能情况进行检测,以了解设计是否满足要求。仿真由前仿真与后仿真之分,其中前仿真的工作重点在于测试逻辑功能,并不考虑器件内部的情况,因此,速度较快。④后仿真同样需应用FPGA设计软件,不过其重点在于对模拟器件实际运行情况进行仿真,以了解运行中的各项参数。后仿真作业在布局布线工作完成后,实现对连线延时、器件延迟等参数的提取,通常需要考虑器件内部具体性能。⑤逻辑综合。在逻辑输出及相关条件约束下,借助FPGA软件实施优化,得出能够满足设计要求的实现方案。其中约束条件与逻辑设计描述是逻辑综合实现的主要依据,最终得出的电路结构涉及综合器与物理器件的工作性能等内容。⑥进行布局和布线操作。其中布局主要借助FPGA开发软件在参考网标信息的基础上,在器件内部完成实施方案的分配。布线在布局工作完成的基础上,实施全部的电气连接。一般情况下,在相关条件约束下,FPGA的操作可更具目的性,最大程度的实现布局和布线的优化。⑦静态时序分析。GPGA设计中静态时序的分析是最为关键的一环,需要完成的任务量非常大。分析过程中并不需要用户进行输入测试激励,即,设计者可对关键路径进行详细分析,并得出时序报告,更好的掌握各种性能满足的条件。如进过分析得知,时序处于临界状态或无法满足要求,需要重新进行逻辑综合、布局和布线、后仿真以及静态时序分析。⑧系统调试。当功能与时序仿真均正常完成的情况下,利用JTAC电缆将综合后形成的位流 下载到GPGA芯片,对相关器件进行物理测试,以验证设计是否存在瑕疵,如测试未出现异常,可对FPGA进行相关配置。

4结论

基于光纤技术的雷达高速通信技术,能显著提高雷达数据传输质量与效率,但其涉及的技术知识较为专业,因此,需要科研人员结合当前信息传输技术发展状况,做好技术攻关,在确保雷达高速通信中光纤传输信息的优势得以充分发挥。本文通过研究得出以下结论:(1)基于光纤技术的雷达高速通信的实现需各个系统的支撑,尤其雷达接收系统是整个系统的关键,应充分利用光纤技术优势,进行充分的论证分析,保证接收系统设计的合理性与科学性。(2)基于光纤技术的雷达接收系统设计包括诸多内容,其中硬件结构以及控制核心的设计是整个设计工作的关键,因此,要求设计人员在明确相关功能模块的基础上,明确设计工作重点,做好充分的设计准备工作。同时,设计工作完成后应做好充分的测试,及时发现与改进存在的不足,为系统的正常、稳定运行做好铺垫。

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