一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)及方法，本發(fā)明的系統(tǒng)包括PCI接口模塊、基于FPGA芯片的雙口RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、主控模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路；本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)的CPCI總線(xiàn)接口，CPCI所具有高開(kāi)放性、高可靠性、可熱插拔等特性提高了整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定度。同時(shí)，F(xiàn)PGA同步控制模塊負(fù)責(zé)同步控制波形的產(chǎn)生，使得雷達(dá)系統(tǒng)的同步時(shí)序靈活可配置。本發(fā)明所具備的這些特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了天地波一化組網(wǎng)高頻地波雷達(dá)低成本、高穩(wěn)定以及高精度的同步。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)及方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]高頻地波雷達(dá)(HF Surface Wave Radar)作為一種新興的海洋監(jiān)測(cè)技術(shù),具有超視距、大范圍、全天候以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)各國(guó)專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)(EEZ)監(jiān)測(cè)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的高科技手段。
[0004]但是現(xiàn)在的雷達(dá)普遍的問(wèn)題是單個(gè)孤立的工作，覆蓋范圍小，獲取信息有限，難于實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍區(qū)域的高精度探測(cè)。已有的組網(wǎng)雷達(dá)也局限于同種雷達(dá)的相互組網(wǎng)。
[0005]天地波一體化組網(wǎng)高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)天波發(fā)射，地波接收的工作方式。由于天波信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層反射后，能夠覆蓋很大面積的區(qū)域，只要實(shí)現(xiàn)在海岸邊的接收，就能夠獲取大面積的海況信息，因此是一種極好的探測(cè)海況的儀器。
[0006]目前的收發(fā)分置的同步方式有不同的缺陷。光纖網(wǎng)同步方式費(fèi)用昂貴，微波中繼方式成本高，直達(dá)波同步方式只能提取到發(fā)射信號(hào)的時(shí)間同步信息。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)及方法，為天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)提供高精度，可配置的同步信號(hào)。
[0009]本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:包括PCI接口模塊、基于FPGA芯片的雙口 RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、主控模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路；
所述的PCI接口模塊的PCI端口與CPCI總線(xiàn)相連，LOCAL端與所述的FPGA芯片的PCI時(shí)序控制模塊相連，并通過(guò)基于FPGA芯片的PCI時(shí)序控制模塊驅(qū)動(dòng)所述的PCI接口模塊的PCI芯片；
所述的GPS接收模塊與所述的同步控制模塊相連，用于提供GPS同步鎖定狀態(tài)信息；所述的主控模塊分別與所述的基于FPGA芯片的雙口 RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路相連，用于讀取所述的雙口 RAM存儲(chǔ)的配置參數(shù)、實(shí)時(shí)配置所述的同步控制模塊、獲取所述的GPS接收模塊的狀態(tài)信息及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。
[0010]作為優(yōu)選，所述的PCI接口模塊核心元件采用的是PCI9054橋接芯片。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述的FPGA芯片采用的是EP3C4芯片。
[0012]作為優(yōu)選，所述的主控模塊采用的是51單片機(jī)，其UART可以通過(guò)max232芯片與GPS的UART相連，用于獲取GPS接收模塊的狀態(tài)信息。
[0013]作為優(yōu)選，所述的同步控制模塊采用的是Altera公司的Cyclone II系列FPGAEP2C5芯片。
[0014]作為優(yōu)選，所述的GPS接收模塊包括GPS天線(xiàn)和GPS同步時(shí)鐘模塊，所述的GPS同步時(shí)鐘模塊將通過(guò)所述的GPS天線(xiàn)接收到的信息經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片后與所述的主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0015]作為優(yōu)選，所述的GPS同步時(shí)鐘模塊核心元件采用的是ublox公司的LEA-6T GPS接收芯片。
[0016]利用本發(fā)明的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)進(jìn)行天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步的方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟1:等待上位機(jī)參數(shù)配置，當(dāng)上位機(jī)配置參數(shù)操作完成，傳輸給主控模塊一個(gè)起始標(biāo)志，主控模塊響應(yīng)該起始標(biāo)志讀取雙口 RAM模塊，并將讀取的參數(shù)送給同步控制模塊；步驟2:同步控制模塊接收傳輸過(guò)來(lái)的配置參數(shù)，并判斷系統(tǒng)工作模式:手動(dòng)調(diào)試模式或GPS同步模式；
如果為手動(dòng)調(diào)試模式，則系統(tǒng)檢測(cè)手動(dòng)更新，當(dāng)有手動(dòng)輸入時(shí)，同步控制模塊開(kāi)始輸出同步信號(hào)，該同步信號(hào)只適合單站工作模式；
如果為GPS同步模式，則系統(tǒng)檢測(cè)GPS狀態(tài)，當(dāng)GPS衛(wèi)星和頻率信號(hào)均鎖定之后，同步模塊開(kāi)始輸出同步信號(hào)，且在IPPS上升沿到來(lái)，同步時(shí)序波形進(jìn)行更新，該同步信號(hào)適合天地波一體化組網(wǎng)同步工作模式。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
(O本發(fā)明的系統(tǒng)采用的GPS同步控制模塊，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間0.1s級(jí)同步，頻率輸出日平均準(zhǔn)確度達(dá)到〈IE-12 ；GPS系統(tǒng)狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)也可以設(shè)置GPS秒脈沖輸出模式；
(2)本發(fā)明的系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的CPCI總線(xiàn)與上位機(jī)相連，CPCI所具有高開(kāi)放性、高可靠性、可熱插拔等特性提高了整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定度以及可靠性；
(3)本發(fā)明的系統(tǒng)的同步時(shí)序波形靈活可配置，滿(mǎn)足組網(wǎng)雷達(dá)多發(fā)多收工作模式所需的各種同步時(shí)序波形，且同步精度非常聞。
[0018]
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1:為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0020]圖2:為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)原理圖。
[0021 ] 圖3:為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下經(jīng)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0024]請(qǐng)見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:包括PCI接口模塊、基于FPGA芯片的雙口 RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、主控模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路；PCI接口模塊核心元件采用的是PCI9054橋接芯片，F(xiàn)PGA芯片采用的是EP3C4芯片，主控模塊采用的是51單片機(jī)，其UART可以通過(guò)max232芯片與GPS的UART相連，用于獲取GPS接收模塊的狀態(tài)信息，同步控制模塊采用的是Altera公司的Cyclone II系列FPGA EP2C5芯片，GPS接收模塊包括GPS天線(xiàn)和GPS同步時(shí)鐘模塊，GPS同步時(shí)鐘模塊將通過(guò)GPS天線(xiàn)接收到的信息經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片后與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，GPS同步時(shí)鐘模塊核心元件采用的是ublox公司的LEA-6T GPS接收芯片；PCI接口模塊的PCI端口與CPCI總線(xiàn)相連，LOCAL端與FPGA芯片的PCI時(shí)序控制模塊相連，并通過(guò)基于FPGA芯片的PCI時(shí)序控制模塊驅(qū)動(dòng)PCI接口模塊的PCI芯片；GPS接收模塊與同步控制模塊相連，用于提供GPS同步鎖定狀態(tài)信息；主控模塊分別與基于FPGA芯片的雙口 RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路相連，用于讀取雙口 RAM存儲(chǔ)的配置參數(shù)、實(shí)時(shí)配置同步控制模塊、獲取GPS接收模塊的狀態(tài)信息及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。
[0025]本實(shí)施例的GPS接收模塊具有高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，能夠產(chǎn)生精確穩(wěn)定的時(shí)間和頻率信號(hào)(lPPS、10MHz)并送至同步控制模塊，且其UART經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片與主控模塊的URAT相連。主控模塊作為同步裝置的MCU，與系統(tǒng)各個(gè)模塊相連，控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作。通過(guò)顯示UART傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。
本實(shí)施例的PCI9054的主要功能就是實(shí)現(xiàn)PCI總線(xiàn)和本地總線(xiàn)(一般為哈佛結(jié)構(gòu))之間的數(shù)據(jù)通信，一共有三種數(shù)據(jù)傳輸方式:主模式、從模式、DMA方式。通過(guò)接口控制電路，為外圍設(shè)備和PC機(jī)間搭建一座硬件橋，完成數(shù)據(jù)的順利傳輸。
[0026]本實(shí)施例利用FPGA構(gòu)建PCI時(shí)序控制軟核和雙口 RAM，F(xiàn)PGA芯片選用EP3C4，該芯片與PCI芯片的LOCAL端相連，用于實(shí)現(xiàn)PCI的時(shí)序控制。芯片內(nèi)部的雙口 RAM操作方便且能夠?qū)崿F(xiàn)RAM存儲(chǔ)大小可控，上位機(jī)和主控模塊均可對(duì)雙口 RAM進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
[0027]本實(shí)施例的GPS同步時(shí)鐘模塊提供給天地波組網(wǎng)同步所需的各鐘信號(hào)以及同步信息。當(dāng)系統(tǒng)工作在單站調(diào)試模式時(shí)，不需要讀取GPS的相關(guān)信號(hào)和同步信息。當(dāng)工作在天地波組網(wǎng)模式時(shí)，主控模塊通過(guò)串口提取GPS的監(jiān)控串口協(xié)議，當(dāng)GPS衛(wèi)星和頻率均已鎖定，且系統(tǒng)正常工作時(shí)，同步控制模塊開(kāi)始讀取IPPS秒脈沖信號(hào)。在秒脈沖的上升沿驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生為組網(wǎng)同步時(shí)序信號(hào)進(jìn)行同步的更新信號(hào)。
[0028]本實(shí)施例的主控模塊采用簡(jiǎn)單易用且可靠性高的51單片機(jī)系列，其UART可以通過(guò)max232芯片與GPS的UART相連，用于獲取GPS接收機(jī)狀態(tài)信息，非常適合作為本系統(tǒng)的主控芯片。由于天地波組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)工作的狀態(tài)不同，同步信號(hào)的各參數(shù)在實(shí)際工作時(shí)往往需要調(diào)整，這就需要同步控制模塊在硬件上實(shí)現(xiàn)編程，在軟件上能夠準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)。組網(wǎng)雷達(dá)同步控制模塊采用Altera公司的Cyclone II系列FPGA EP2C5芯片。該芯片內(nèi)部有4608個(gè)LE單元，含有26個(gè)M4K RAM和2個(gè)PLL，邏輯資源可以充分滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
[0029]請(qǐng)見(jiàn)圖3，利用本發(fā)明的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)進(jìn)行天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步的方法，包括以下步驟:
步驟1:等待上位機(jī)參數(shù)配置，當(dāng)上位機(jī)配置參數(shù)操作完成，傳輸給主控模塊一個(gè)起始標(biāo)志，主控模塊響應(yīng)該起始標(biāo)志讀取雙口 RAM模塊，并將讀取的參數(shù)送給同步控制模塊；步驟2:同步控制模塊接收傳輸過(guò)來(lái)的配置參數(shù)，并判斷系統(tǒng)工作模式:手動(dòng)調(diào)試模式或GPS同步模式；
如果為手動(dòng)調(diào)試模式，則系統(tǒng)檢測(cè)手動(dòng)更新，當(dāng)有手動(dòng)輸入時(shí)，同步控制模塊開(kāi)始輸出同步信號(hào)，該同步信號(hào)只適合單站工作模式； 如果為GPS同步模式，則系統(tǒng)檢測(cè)GPS狀態(tài)，當(dāng)GPS衛(wèi)星和頻率信號(hào)均鎖定之后，同步模塊開(kāi)始輸出同步信號(hào)，且在IPPS上升沿到來(lái)，同步時(shí)序波形進(jìn)行更新，該同步信號(hào)適合天地波一體化組網(wǎng)同步工作模式。
[0030]本發(fā)明的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)及方法，其特點(diǎn)在于:
(O同步裝置采用高精度外鎖定的GPS模塊，裝置獲取GPS高精度的觸發(fā)脈沖，配合FPGA內(nèi)部高精度時(shí)鐘調(diào)理模塊，得到高穩(wěn)定的雷達(dá)觸發(fā)信號(hào)。同時(shí)獲取GPS狀態(tài)語(yǔ)句并存儲(chǔ)在雙口 RAM軟核中供上位機(jī)顯示追蹤；
(2)同步裝置所需同步參數(shù)通過(guò)PCI總線(xiàn)傳輸，并通過(guò)基于FPGA的PCI時(shí)序控制模塊驅(qū)動(dòng)PCI芯片；
(3)同步裝置讀取雙口RAM軟核存儲(chǔ)的配置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)同步控制模塊的波形靈活配置。包括基于FPGA的雙口 RAM、單片機(jī)主控模塊、以FPGA芯片為核心的同步控制模塊以及系統(tǒng)復(fù)位電路；
(4)同步裝置所產(chǎn)生的的同步信號(hào)通過(guò)CPCI背板送至模擬前端、頻率合成器以及數(shù)字米集板等。
[0031]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:包括PCI接口模塊、基于FPGA芯片的雙口 RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、主控模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路； 所述的PCI接口模塊的PCI端口與CPCI總線(xiàn)相連，LOCAL端與所述的FPGA芯片的PCI時(shí)序控制模塊相連，并通過(guò)基于FPGA芯片的PCI時(shí)序控制模塊驅(qū)動(dòng)所述的PCI接口模塊的PCI芯片； 所述的GPS接收模塊與所述的同步控制模塊相連，用于提供GPS同步鎖定狀態(tài)信息； 所述的主控模塊分別與所述的基于FPGA芯片的雙口 RAM和PCI時(shí)序控制模塊、GPS接收模塊、同步控制模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路相連，用于讀取所述的雙口 RAM存儲(chǔ)的配置參數(shù)、實(shí)時(shí)配置所述的同步控制模塊、獲取所述的GPS接收模塊的狀態(tài)信息及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的PCI接口模塊核心元件采用的是PCI9054橋接芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的FPGA芯片采用的是EP3C4芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的主控模塊采用的是51單片機(jī)，其UART可以通過(guò)max232芯片與GPS的UART相連，用于獲取GPS接收模塊的狀態(tài)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的同步控制模塊采用的是Altera公司的Cyclone II系列FPGA EP2C5芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的GPS接收模塊包括GPS天線(xiàn)和GPS同步時(shí)鐘模塊，所述的GPS同步時(shí)鐘模塊將通過(guò)所述的GPS天線(xiàn)接收到的信息經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片后與所述的主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的GPS同步時(shí)鐘模塊核心元件采用的是ublox公司的LEA-6T GPS接收芯片。
8.利用權(quán)利要求1所述的天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步系統(tǒng)進(jìn)行天地波一體化組網(wǎng)的高頻地波雷達(dá)同步的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:等待上位機(jī)參數(shù)配置，當(dāng)上位機(jī)配置參數(shù)操作完成，傳輸給主控模塊一個(gè)起始標(biāo)志，主控模塊響應(yīng)該起始標(biāo)志讀取雙口 RAM模塊，并將讀取的參數(shù)送給同步控制模塊； 步驟2:同步控制模塊接收傳輸過(guò)來(lái)的配置參數(shù)，并判斷系統(tǒng)工作模式:手動(dòng)調(diào)試模式或GPS同步模式； 如果為手動(dòng)調(diào)試模式，則系統(tǒng)檢測(cè)手動(dòng)更新，當(dāng)有手動(dòng)輸入時(shí)，同步控制模塊開(kāi)始輸出同步信號(hào)，該同步信號(hào)只適合單站工作模式； 如果為GPS同步模式，則系統(tǒng)檢測(cè)GPS狀態(tài)，當(dāng)GPS衛(wèi)星和頻率信號(hào)均鎖定之后，同步模塊開(kāi)始輸出同步信號(hào)，且在IPPS上升沿到來(lái)，同步時(shí)序波形進(jìn)行更新，該同步信號(hào)適合天地波一體化組網(wǎng)同步工作模式。
【文檔編號(hào)】G01S7/02GK103713278SQ201410002432
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】嚴(yán)頌華, 李正勇, 吳雄斌, 張?zhí)m, 田建生 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)