[發(fā)明專利]一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010568181.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN111679278B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;鄭世超;曾朝陽(yáng);潘嘉祺;滑偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 八院云箭（北京）航天技術(shù)研究院有限公司;上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

1.一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，其特征在于包括：數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無(wú)人機(jī)、穩(wěn)定平臺(tái)、無(wú)線通信模塊、上位機(jī)、W波段FMCW收發(fā)前端、X波段FMCW頻綜以及機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)，其中：

上位機(jī)：向無(wú)線通信模塊發(fā)送操作指令，接收無(wú)線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)返回狀態(tài)；

無(wú)線通信模塊：將來(lái)自上位機(jī)的操作指令轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)字中頻接收機(jī)，并將雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)；

數(shù)字中頻接收機(jī)：對(duì)上位機(jī)的操作指令進(jìn)行解析，得到天線指向角控制指令、脈沖重復(fù)周期、人工增益控制參數(shù)、讀/寫指令、USB控制指令；將天線指向角控制指令發(fā)送給穩(wěn)定平臺(tái)，將脈沖重復(fù)周期和人工增益控制參數(shù)發(fā)送給X波段FMCW頻綜；接收數(shù)字中頻回波信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理并存儲(chǔ)；

二次電源模塊：接收無(wú)人機(jī)電池的供電，對(duì)其進(jìn)行變壓處理后為數(shù)字中頻接收機(jī)、無(wú)線通信模塊、W波段FMCW收發(fā)前端和X波段FMCW頻綜供電；

無(wú)人機(jī)：利用自身攜帶的無(wú)人機(jī)電池為二次電源模塊以及穩(wěn)定平臺(tái)供電；

穩(wěn)定平臺(tái)：掛在無(wú)人機(jī)上，其上搭載數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無(wú)線通信模塊、W波段FMCW收發(fā)前端、X波段FMCW頻綜以及機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)，在雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)工作過(guò)程中根據(jù)天線指向角控制指令控制天線指向與飛行方向夾角穩(wěn)定；

X波段FMCW頻綜：根據(jù)脈沖重復(fù)周期和人工增益控制參數(shù)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，啟動(dòng)后生成線性調(diào)頻信號(hào)；

W波段FMCW收發(fā)前端：負(fù)責(zé)將X波段FMCW頻綜產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)通過(guò)機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)發(fā)射出去，并通過(guò)機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)接收目標(biāo)回波信號(hào)，下變頻后提供給數(shù)字中頻接收機(jī)；

機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)：用于向自由空間發(fā)射高功率高定向性脈沖波束和接收目標(biāo)回波信號(hào)；

所述的數(shù)字中頻接收機(jī)包括處理及控制單元、存儲(chǔ)單元、采集單元、時(shí)鐘單元、接口單元以及電源單元；

處理及控制單元：負(fù)責(zé)系統(tǒng)時(shí)序及各類控制功能實(shí)現(xiàn)，完成成像算法的處理任務(wù)；

存儲(chǔ)單元：由多片NandFlash存儲(chǔ)顆粒組成的存儲(chǔ)陣列，為原始采集數(shù)據(jù)及成像處理后的圖像數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間；

采集單元：由單片ADC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，具備兩路模擬輸入通道，用于采集兩路數(shù)字中頻回波信號(hào)，并輸出到處理及控制單元；

時(shí)鐘單元：負(fù)責(zé)為處理及控制單元、存儲(chǔ)單元、采集單元提供工作需要的同步時(shí)鐘信號(hào)；

接口單元：負(fù)責(zé)與其他外部單機(jī)的通信及控制；

電源單元：接收二次電源模塊的供電，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓變壓處理后為處理及控制單元、存儲(chǔ)單元、采集單元、時(shí)鐘單元和接口單元供電；

處理及控制單元包括兩片F(xiàn)PGA，記為FPGA1和FPGA2；

其中FPGA1：實(shí)現(xiàn)對(duì)操作指令的接收、解析和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)文件的管理以及NandFlash的讀寫操作；負(fù)責(zé)接收單片ADC轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)據(jù)，依據(jù)單片ADC轉(zhuǎn)換器時(shí)序要求實(shí)現(xiàn)對(duì)單片ADC轉(zhuǎn)換器的配置及讀寫控制功能，并將采樣數(shù)據(jù)與輔助數(shù)據(jù)組幀存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)GTX高速收發(fā)器將采樣數(shù)據(jù)發(fā)給FPGA2；負(fù)責(zé)與其他外圍單機(jī)的通信處理任務(wù)，完成遙測(cè)數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)及配置通信數(shù)據(jù)組包及解包任務(wù)；產(chǎn)生周期工作的定時(shí)信號(hào)，協(xié)調(diào)及控制其他單機(jī)的工作時(shí)序；完成慣導(dǎo)補(bǔ)償函數(shù)及其他相關(guān)參數(shù)的計(jì)算任務(wù)；

FPGA2：對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理，所述采樣數(shù)據(jù)為數(shù)字中頻回波信號(hào)；

FPGA1包括ADC控制模塊、Nandflash控制模塊、USB控制模塊、通信控制模塊和時(shí)鐘復(fù)位模塊；

ADC控制模塊：負(fù)責(zé)配置單片ADC轉(zhuǎn)換器，并根據(jù)輸入的脈沖重復(fù)周期通過(guò)監(jiān)控定時(shí)產(chǎn)生PRF脈沖信號(hào)，接收單片ADC轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)據(jù)，利用PRF脈沖信號(hào)將ADC的采樣數(shù)據(jù)以及慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行組幀處理，處理之后傳給Nandflash控制模塊；

Nandflash控制模塊：根據(jù)上位機(jī)的讀/寫指令完成對(duì)Nandflash存儲(chǔ)矩陣的讀/寫操作；

USB控制模塊：根據(jù)USB控制指令將從Nandflash控制模塊從Nandflash存儲(chǔ)矩陣讀出的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并通過(guò)無(wú)線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)；

通信控制模塊：負(fù)責(zé)數(shù)字中頻接收機(jī)與各個(gè)單機(jī)間的通信，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)操作指令給各單機(jī)并將各單機(jī)遙測(cè)信號(hào)返回給上位機(jī)，以及根據(jù)采樣時(shí)鐘生成監(jiān)控定時(shí)信號(hào)；

時(shí)鐘復(fù)位模塊：管理板卡時(shí)鐘復(fù)位信號(hào)，對(duì)復(fù)位信號(hào)進(jìn)行同步處理。