某雷达多模式复杂波形信号产生器设计
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多模式雷达显控终端软件架构设计王善民,张晓峰,王㊀随,徐㊀慧(中国船舶重工集团公司第七二四研究所,江苏南京211153)摘要:针对多模式雷达显控终端软件的架构设计问题,分析和归纳了当前的显控终端软件架构设计方式,提出了一种改进的框架插件式架构,有效提高了软件开发的效率,在实际使用中具有良好的效果.关键词:雷达;显控;软件架构中图分类号:T N 957㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:B ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:C N 32G1413(2019)05G0117G04D O I :10.16426/j .c n k i .jc d z d k .2019.05.029D e s i g no f S o f t w a r eA r c h i t e c t u r e f o rM u l t i Gm o d eR a d a rD i s p l a y an d C o n t r o l T e r m i n a lWA N GS h a n Gm i n ,Z H A N G X i a o Gf e n g,WA N GS u i ,X U H u i (N o .724R e s e a r c h I n s t i t u t e o fC S I C ,N a n j i n g 211153,C h i n a )A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m o f s o f t w a r ea r c h i t e c t u r ed e s i g n f o rm u l t i Gm o d e r a d a rd i s p l a y an d c o n t r o l t e r m i n a l ,a n a l y z e sa n dc o n c l u d e s t h ec u r r e n td e s i g n m e t h o d so f s o f t w a r ea r c h i t e c t u r ef o r d i s p l a y a n d c o n t r o l t e r m i n a l ,a n d p r o p o s e s a n i m p r o v e d f r a m e Gp l u g i n a r c h i t e c t u r e ,w h i c h e f f e c t i v e l yi m p r o v e s t h e e f f i c i e n c y o f s o f t w a r e d e v e l o pm e n t ,a n dh a s g o o d e f f e c t i n p r a c t i c a l u s e .K e y wo r d s :r a d a r ;d i s p l a y a n d c o n t r o l ;s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e 收稿日期:201909090㊀引㊀言自20世纪30年代诞生以来,在军事需求和电子信息技术发展的推动下,雷达系统的体制㊁理论㊁方法㊁技术和应用等方面都已得到迅猛的发展.随着电磁环境的复杂化,目标的多样化,任务的多元化,雷达的功能日益丰富,体制日益复杂,信息显示模式日益增加.显控终端是雷达系统的重要组成部分,肩负着雷达工作状态的监控㊁雷达目标数据的提取和记录㊁目标显示㊁人机交互等任务.随着计算机技术㊁信号处理技术㊁数字图像处理技术等的不断发展,雷达显控终端的研制经历了从模拟终端到全数字终端的发展过程.从最初只能提供模拟视频回波与声音,发展到现在既能够提供数字回波与声音又能够提供文字与图像的全软件化终端,显示的目标信息更加丰富多样,交互方式也变得更加灵活便捷[1].显控终端的核心就是运行在其硬件平台上的显控终端软件,雷达系统的发展对显控终端软件的设计和开发提出了更高的要求,一个好的软件架构能直接影响显控终端乃至整个雷达系统的性能,显控终端软件架构设计的重要性日益突出.本文分析和归纳了多模式雷达显控终端软件架构设计方式[2G6],提出了一种改进的框架插件式架构,有效提高了软件开发的效率,在实际使用中取得了良好的效果.1㊀多模式显控终端软件架构雷达体制复杂度的提高,雷达信息显示模式的增多,数据流量的增大,必然带来显控终端软件复杂度的提高,以往的单界面㊁单程序的专用显控终端开发模式已经不足以完成当前雷达显控终端的工作任务,因此,多模式显控终端软件架构出现在显控终端软件的设计和开发中.其主要包括3种形式,集合式软件架构㊁集中式软架构和插件框架式软件2019年10月舰船电子对抗O c t .2019第42卷第5期S H I P B O A R DE L E C T R O N I CC O U N T E R M E A S U R EV o l .42N o .5架构.1 1㊀集合式软件架构集合式软件架构主要采用多个子应用程序组合完成显控终端的功能,这种形式的显控终端软件,是多个提供不同功能的实体子程序的集合.此种架构下每个子程序都可以独立运行,显控终端内的数据交互通过各个子程序之间的通讯完成,多采用网络广播报文的形式.这种软件架构可称之为集合式软件架构,如图1所示.图1㊀集合式框架示意图1 2㊀集中式软件架构集中式软件架构是对集合式软件架构的发展,这种形式的显控终端软件,仍然是多个提供不同功能的实体子程序的集合.与集合式软件架构的区别是,集中式软件架构采用一个子程序作为管理程序.管理程序提供数据中心㊁模式切换㊁调度处理等功能,如图2所示.这种架构较集合式软件架构组织逻辑更加清晰,提高了兼容性和可扩展性,通讯链路利用率高,相对缩短了开发周期.图2㊀一个包含4个子程序和一个管理程序的集中式软件框架示意图1 3㊀插件框架式软件架构随着链接库技术在显控终端软件开发中的应用,插件框架式软件架构开始出现.链接库是一种可执行代码的二进制形式,可以被操作系统载入内存执行.一个链接库不是一个独立的程序,无法直接运行,它们是向其他应用程序提供服务的代码,作用在程序的链接和运行阶段,包括静态库和动态库2种形式.插件框架式软件架构就是对库的应用,此种架构下,显控终端程序是由1个框架程序加多个插件(库)组成的,每个插件是一个功能相对独立及完善的库.程序执行时,框架程序根据需求,加载不同的插件(库),组合形成某一特定的工作模式,如图3所示.插件框架式软件架构的优点是:提高了软件的开发效率,框架开发和插件开发可以同步进行,框架和插件的更新发布也相对独立;便于维护,对框架的维护和对插件的维护可以分开进行,出现问题时,只需要修改相关的插件即可,增加了程序的可靠性和可维护性;利于扩展,要扩展功能可以封装成新的插件,共框架调用.图3㊀插件框架式软件架构示意图1 4㊀对比分析3种软件架构方式各自的特点如表1所示.表1㊀3种软件架构对比表名称开发周期可扩展性数据交互方式集合式软件架构长弱各子程序之间独立通过通讯链路交互,通讯带宽占用较多集中式软件架构较长较弱管理程序通过通讯链路负责交互,通讯带宽占用较多框架插件式软件架构短强框架与插件之间交互,不通过通讯链路,不占用通讯带宽2㊀一种改进的框架G插件式软件架构某型系统中,显控终端需要整合雷达㊁通信㊁光电等多型设备或多种作战方式的使用需求,跨越单个设备界限,从作战的角度对全系统所有设备的作战能力进行整合,实现统一的操控,以一致的风格进811舰船电子对抗㊀㊀㊀第42卷㊀行人机交互.因此,需要设计可扩展的㊁支持重构的显控终端软件的架构,使得显控终端软件具有动态扩展的能力,单个插件能够无缝替换升级,通过重构集成新的功能模块,满足新的作战需求.为实现上述需求,一种改进的框架插件式软件架构被提出.改进的框架插件式软件架构,采用开放式的软件体系结构,以框架平台和共性插件为基础,提供软件集成环境,采用软件插件技术进行应用软件开发.软件架构分为系统软件层㊁支撑软件层㊁业务软件层和应用软件层,如图4所示.图4㊀改进的框架插件软件架构㊀㊀(1)系统软件层包括操作系统㊁驱动和硬件接口等软件.(2)支撑软件层主要包括共性插件和综合框架平台,为业务软件层的业务插件开发和应用软件层业务应用组合成各个功能模块提供统一的平台.共性插件主要包括通信接口㊁用户管理插件等.(3)业务软件层是以共性插件为基础,根据业务划分或用户定制,形成一系列的完成特定功能的业务插件,如设备状态㊁操控㊁表页显示㊁态势显示㊁地图显示㊁历史记录㊁数据库管理等.业务软件层的所有业务插件在综合框架平台集成,即插即用.(4)应用软件层是根据系统的任务及实际作战应用,动态加载或卸载业务插件,形成或重构为一系列完备的独立的作战功能模式,运行在综合框架平台上.3㊀设计实现此软件架构用Q t 实现,应用了Q t 的信号槽(S i gn a l GS l o t )技术[7].Q t 是一个纯面向对象的跨平台的软件界面开发包,对象之间通过信号G槽机制进行通信,可以实现一对一㊁一对多,多对多的对象通信.信号槽机制提供了任意2个对象之间通信的机制.每个对象可以声明自己的信号S i gn a l ,声明响应函数S l o t ,每个S i gn a l 可以通过Q t 的C o n n e c t 机制连接到任意数量的S l o t ,每个S l o t 也可以接收任意数量的S i gn a l 的请求.Q t 对象通过S i gn a l s 声明信号,通过S l o t s 声明槽函数,然后通过C o n n e c t 函数将2个对象的信号和槽进行连接.综合框架平台中的所有共性插件及业务插件都派生自一个共有的基类M y P l u g i n ,类M y P l u gi n 中包含2个虚函数V i r t u a l v o i d I n i t ()=0和V i r t u a lv o i dE x i t ()=0,每个自继承M y P l u gi n 的插件在这2个函数中实现插件加载和卸载时的操作.每个插件在被框架加载前,都需要实例化,采用专用的插件管理类M y P l u g i n M a n a g e r 来进行插件的注册和管理,如图5所示.4㊀结束语本文围绕多模式雷达显控终端软件的结构设计问题,分析和归纳了当前的显控终端软件架构设计方式.针对某型系统中,显控终端需要整合雷达㊁通信㊁光电等多型设备或多种作战方式的使用需求,设计了一种改进的框架插件式软件架构,使得显控终端软件具有动态扩展及重构的能力,满足了新的作战需求.911第5期王善民等:多模式雷达显控终端软件架构设计图5㊀改进的框架G插件软件架构设计实现示意图参考文献[1]㊀张航.雷达显控终端设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2015.[2]㊀叶玲,嵇亮亮,孙海军.基于组件化的多源情报集中显控软件的研究实现[J].舰船电子工程,2018,38(2):9499.[3]㊀沈振惠,张建华.舰船一体化电子对抗显控系统分析与设计[J].舰船电子对抗,2016,39(4):1518.[4]㊀任志明,戴振民.综合射频系统显控的可重构软件架构设计[J].舰船电子对抗,2017,40(3):7375.[5]㊀王志乐,付战平,周秀芝.基于指令控制可重构机载显控系统仿真[J].计算机工程,2014,40(7):296300.[6]㊀靳慧亮,高文琦,刘立辉.空军电子系统三维显控框架设计与实现[J].计算机技术与发展,2017,27(4):161163.[7]㊀B L A N C H E T T EJ,S UMM E R F I E L D 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第1章引言1.1本课题的研究现状信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在军事技术中,都有着广泛的使用。
因此,从理论到工程对信号的发生进行深入研究,不论是从教学科研角度,还是从社会实际应用角度出发都有着积极的意义。
随着科学技术的发展和测量技术的进步,对信号源的要求越来越高,普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要信号发生器既可以构成独立的信号源,也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。
信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术,因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源,可使相应系统的检测过程大大简化,降低检测费用并极大地提高检测精度。
美国安捷伦生产的33250A 型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形,其输出频率范围为1μHz~80MHz,而输出幅度为10mVpp~10Vpp;该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz~4GHz。
国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形,频率覆盖范围为1μHz~60MHz;国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源,同时应用DDS和锁相技术,使频率范围从1MHz~1024MHz能精确地分辨到100Hz,它既是一台高精度的扫频源,同时也是一台高精度的标准信号发生器。
还有很多其它类型的信号发生器,他们各有各的优点,但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。
1.2选题目的及意义信号发生器是一种经常使用的设备,由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端,如:体积较大、重量较沉、移动不够方便、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板,无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求,研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景,以满足军事和民用领域对信号源的要求。
基于AD9910的通用雷达信号产生器李辉;饶睿楠;任亚欣【摘要】本文根据AD0910的特点以及通用化的要求,通过FPGA对AD9910进行多种模式的配置,形成一种通用的雷达信号产生器。
该信号产生器可应用于不同功能的雷达,避免了硬件和软件的重复开发。
%Based on features of AD9910 and requirements to generalization, a universal signal generator is designed through multi-mode configuration to the AD9910 by FPGA. Application of the signal generator in various radars can prevent repeat development of hardware and software.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】5页(P78-82)【关键词】AD9910;多模式;通用化;多普勒频移;初始相位【作者】李辉;饶睿楠;任亚欣【作者单位】西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN911.7;TN951 引言现代雷达中,通常要求雷达发射信号具有多种形式,如工作时采用的不同带宽不同时宽的线性调频信号、非线性调频信号、单频信号、相位编码信号,以及为进行系统调试、校正而使用幅度调制的上述信号等。
这就给雷达信号产生器提出了具有多种工作模式的要求[1]。
应用于某雷达系统的信号波形要求如表1所示,表1中的f为多普勒频移。
尽管本系统中对信号模式要求不是很多,但是为了实现通用化这就要求在设计的开始就以模块化和通用化的思想从软件和硬件方面进行构思设计。
本文将MATLAB工具软件和Quartus软件联合使用,通过MATLAB以参数化的方法产生mif格式的信号波形数据和DDS寄存器配置数据,这些数据作为FPGA中RAM对应的数据在FPGA开发中直接使用。
基于AD9957的多波形雷达信号产生器作者:曹义, 张春荣, 李辉来源:《现代电子技术》2010年第13期摘要:介绍一种以数字正交上变频芯片AD9957为核心器件,通过现场可编程门阵列(FPGA)对其进行配置的多波形雷达信号产生器。
该信号产生器通过计算机RS 232串口对AD9957的工作参数进行设置,从而实时产生不同时宽和带宽的线性调频、非线性调频信号和相位编码等信号。
该系统的软件由Matlab和Quartus Ⅱ共同开发,不仅用户界面友好,而且便于维护和复杂功能的扩充,具有较强的可移植性。
实验结果表明,该系统完全达到了设计要求,性能优良。
关键词:数字正交上变频; 现场可编程门阵列; AD9957; 雷达信号产生器中图分类号:TN95 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)13-0039-03Multi-waveform Radar Signal Generator Based on AD9957CAO Yi, ZHANG Chun-rong, LI Hui(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100, China)Abstract: A multi-waveform radar signal generator is introduced, which uses AD9957 as the core device and is based on RS 232 serial port, FPGA and DDS technology. The generator can generate different bandwidth signals such as linear frequency modulation signal (LFM), nonlinear frequency modulation signal(NLFM), and phase encoding signal in real-time. The system software is developed on the platform of Matlab and Quartus Ⅱ. The user interface is friendly, the system is facile to maintain and expand the complex function. The experimental results show that the system can meet the design requirements.Keywords: quadrature digital up-conversion; FPGA; AD9957; radar signal generator0 引言自1971年J.Tierney和C.M.Tader 等人首次提出了DDS的概念[1],作为一种先进的信号产生技术,经过近40年的发展已经广泛应用于信号源仪器、测量分析仪器、通讯、数字信号处理、工业控制,软件无线电等领域。
雷达信号模拟器的中频信号产生器设计李诗琪【摘要】针对侦察系统性能指标的检测,雷达信号模拟器是常用工具,而其以中频信号产生模块为主.采用ADSPBF533与高性能FPGA硬件平台,利用直接数字频率合成技术产生各种雷达中频信号波形数据,生成雷达中频信号,再经过对该中频信号进行变频、放大、滤波,即可形成模拟雷达信号,一个中频信号产生模块包括1块通信控制板和3块中频信号产生模块,并可同时模拟出12部雷达中频信号.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)005【总页数】5页(P58-61,66)【关键词】雷达信号模拟器;中频信号产生器;直接数字频率合成【作者】李诗琪【作者单位】西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真重点实验室,陕西西安71007【正文语种】中文【中图分类】TN957.51雷达信号环境模拟器能够产生各种类型雷达辐射信号,为电子侦测设备提供大量、复杂、多种类的雷达信号,构建既定的复杂雷达信号的电磁环境,以便准确评估雷达侦察设备的技术战术指标和效能。
在雷达信号环境模拟器的组成中,核心部分就是雷达中频信号产生器。
其按雷达信号要求在中频产生各种所需的信号,包括信号的类型、脉冲参数、调制参数、天线扫描参数[1]等,之后再通过变频、放大等步骤实现模拟雷达参数的发射,生成雷达信号模型以供被试设备使用。
雷达环境模拟器中频分系统的组成原理如图1所示。
整个系统的工作流程是:通信与控制模块上电查询信号产生板卡编号并轮询自检四通道;再通过SPI串行总线将四通道雷达信号参数全部传送到信号产生板卡的DSP;DSP接受数据、并解析,然后进行预处理和模式选择控制,在FPGA发送的外部中断到来时,将对应通道的参数发送到指定地址中;FPGA接受到对应通道的脉冲参数,利用内部的波形合成模块产生相应的雷达脉冲数字信号,并将其传送给数模转换芯片产生模拟信号;再对模拟信号进行滤波、衰减控制、合路后输出。
雷达中频信号产生器利用DDS技术构建,产生所需要的雷达中频脉冲波形数据。
多波形信号发生器设计一、简介设计一个能够产生多个信号输出的信号发生器,要求输出波形分别为方波、三角波、正弦波。
特别适合电子爱好者或学生用示波器来做观察信号波形实验。
该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。
它是基于ne555计时器接成振荡器工作形式和电容积分而产生的波形。
其工作频率为1KHz左右,调节滑动变阻器可改变振荡器的频率。
波形发生器是信号源的一种,主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形),然后用其它仪表测量感兴趣的参数。
可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中,它的应用非常广泛。
它不是测量仪器,而是根据使用者的要求,作为激励源,仿真各种测试信号,提供给被测电路,以满足测量或各种实际需要。
目前我国己经开始研制波形发生器,并取得了可喜的成果。
但总的来说,我国波形发生器还没有形成真正的产业。
就目前国内的成熟产品来看,多为一些PC仪器插卡,独立的仪器和VXI系统的模块很少,并且我国目前在波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距,因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。
二、设计目的1、掌握方波—三角波——正弦波函数发生器的原理及设计方法。
2、掌握ne555计时器工作原理和各种电子器件的简单认识。
3、能够独立的进行电路板焊接和电路检查与故障排除。
4、学会用示波器来观察发生器的波形输出并作出判断。
三、硬件介绍及其原理1、元件列表ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路,属于小规模集成电路,在很多电子产品中都有应用。
ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲。
ne555时基电路有两种封装形式有,一是dip双列直插8脚封装,另一种是sop-8小型(smd)封装形式。
其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。
内部结构和工作原理都相同。
ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k 电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.ne555属于cmos工艺制造.NE555引脚图介绍如下1地GND2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值)7放电8电源电压Vcc应用十分广泛.下面是一个简单的ne555电路应用内部结构几种工作形式第1种(图1)是人工启动单稳,又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元,并分别以1.1.1和1.1.2为代号。
通信雷达一体化波形设计及信号处理摘要:近年来我国社会会发展迅速,科技不断进步。
随着现代信息技术的快速发展,人工智能、大数据等技术与传统的电子信息领域深度融合,催生出沉浸式体验、全息传送、拓展现实、数字孪生等一系列新兴业务,这些新兴业务的实现往往依赖于多种传统的信息技术手段。
业务量的增加本质上是对带宽资源需求的扩张,而在频谱拥塞问题日益严重的今天,更好地推进信息技术需要发展一体化技术。
得益于先进的数字信号处理技术,雷达感知和无线通信系统可以采用相似的架构实现,这使感知通信一体化成为可能。
该技术通过共享收发系统,实现更有效、更紧凑的硬件设计,能够显著提升资源利用效率,因此受到了许多研究机构的关注。
关键词:通信雷达;一体化;波形设计;信号处理引言作为使用无线频谱的两种典型方式,通信和雷达在各自领域内取得了深入发展。
近年来,为提高平台智能化水平,在同一平台中同时配置通信和雷达两种功能的需求日益强烈。
传统意义上,配置通信和雷达功能,需要两套独立硬件,但这极大地增加了硬件成本,也给系统集成带来了较大困难。
近年来,通信雷达一体化设计理念被提出,其基本思想是:前端共用射频通道及天线,后端采用统一数字处理硬件。
由于该方法能够将通信和雷达功能在同一硬件平台中实现,因此能够极大地降低硬件成本、减小系统集成复杂度,从而近年来得到了广泛关注。
1雷达通信一体化基本概念及其优势雷达通信一体化是指在同一软件或者硬件平台上实现雷达探测和无线通信两种功能。
2021年,WeijieYuan等人提出,在车联网场景中,路边小基站通过接收到的回波信号估计车辆的位置和速度等各种运动相关参数,借助这些信息,在基站发射端预测雷达信道参数,在下一次发送一体化信号之前做预处理来补偿雷达信道的路径损耗和多普勒频移,车辆接收到基站发射的信号后可以绕过复杂的信道估计进行下行传输。
2015年,DCiuonzo等人为了实现在雷达感知过程中的隐蔽通信,采用了一种经济有效的方法,将通信信号嵌入雷达回波,以掩盖通信数据传输。