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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010568181.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111679278B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王輝;鄭世超;曾朝陽;潘嘉祺;滑偉
• 申請（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: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

1.一種基于FPGA的W波段無人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實時成像系統(tǒng)，其特征在于包括：數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無人機(jī)、穩(wěn)定平臺、無線通信模塊、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)：向無線通信模塊發(fā)送操作指令，接收無線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的雷達(dá)實時成像系統(tǒng)返回狀態(tài)；

無線通信模塊：將來自上位機(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)實時成像系統(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，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，對其進(jìn)行實時成像處理并存儲；

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

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

穩(wěn)定平臺：掛在無人機(jī)上，其上搭載數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無線通信模塊、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)實時成像系統(tǒng)工作過程中根據(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，啟動后生成線性調(diào)頻信號；

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)頻信號通過機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)發(fā)射出去，并通過機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)接收目標(biāo)回波信號，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；

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

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

存儲單元：由多片NandFlash存儲顆粒組成的存儲陣列，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，并輸出到處理及控制單元；

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

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)過穩(wěn)壓變壓處理后為處理及控制單元、存儲單元、采集單元、時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：實現(xiàn)對操作指令的接收、解析和轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)對存儲文件的管理以及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)換器時序要求實現(xiàn)對單片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，同時通過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)生周期工作的定時信號，協(xié)調(diào)及控制其他單機(jī)的工作時序；完成慣導(dǎo)補(bǔ)償函數(shù)及其他相關(guān)參數(shù)的計算任務(wù)；

FPGA2：對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實時成像處理，所述采樣數(shù)據(jù)為數(shù)字中頻回波信號；

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)周期通過監(jiān)控定時產(chǎn)生PRF脈沖信號，接收單片ADC轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)據(jù)，利用PRF脈沖信號將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Nandflash存儲矩陣的讀/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存儲矩陣讀出的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并通過無線通信模塊轉(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)遙測信號返回給上位機(jī)，以及根據(jù)采樣時鐘生成監(jiān)控定時信號；

時鐘復(fù)位模塊：管理板卡時鐘復(fù)位信號，對復(fù)位信號進(jìn)行同步處理。