分布式波控的設(shè)計與實現(xiàn)

顧國帥 楊徐路 王正之

摘要：大型有源相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面由幾千或上萬個射頻收發(fā)通道組成，如何快速的實現(xiàn)天線波束快速的切換成為檢驗雷達(dá)性能的重要指標(biāo)之一。

關(guān)鍵詞：CAN總線；DMA傳輸；FSMC并行總線

中圖分類號：TN958.92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0034-01

1 引言

天線波束掃描的快速性、靈活性是相控陣?yán)走_(dá)的主要特點之一。而天線波束的指向形成是通過波控系統(tǒng)控制射頻通道的相位來實現(xiàn)。波控系統(tǒng)接收中心計算機(jī)傳輸?shù)姆轿恍畔韺崿F(xiàn)每個射頻單元的移相量的計算和配相。波控系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。

2 整體設(shè)計

整個分布式波控系統(tǒng)由多塊波控板組成，通過CAN總線把多塊波控板與中心計算機(jī)連接在一起。中心計算機(jī)通過CAN總線發(fā)送方位信息，接收到信息后通過高性能ARM芯片計算射頻通道的相位信息，計算完數(shù)據(jù)后通過DMA的方式快速把數(shù)據(jù)傳輸給FPGA，再并行傳輸給每個射頻相位單元，快速形成天線指向波束。同時監(jiān)控每個射頻通道工作的狀態(tài)信號打包后通過CAN總線上傳中心計算機(jī)。中心計算機(jī)更新天線陣面的工作狀態(tài)。分布式波控板的硬件電路如圖2所示。

3 硬件單元設(shè)計

3.1 計算單元

射頻通道的相位計算通過基于ARM內(nèi)核的STM32F407 ZGT6C芯片，該芯片工作頻率可以達(dá)到168M，使用廣泛，接口齊全。支持FSMC并行總線方式、硬件乘法器、DMA數(shù)據(jù)傳輸、串行通信支持CAN接口滿足了本設(shè)計要求。

3.2 通信單元

整個波控系統(tǒng)的組網(wǎng)通信采用CAN總線接口，ARM芯片自帶CAN控制器，接口芯片是選用AD公司的ADM3053，該接口芯片具有輸入輸出信號物理隔離功能，單節(jié)點出現(xiàn)故障不影響整個網(wǎng)絡(luò)工作，保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。分布式波控的內(nèi)部通信采用ARM芯片自帶的FSMC并行總線方式與SRAM、NOR FLASH、FPGA進(jìn)行通信。

3.3 電源單元

一路外部輸入電源為+48V，主要為射頻功放芯片供電。該電源模塊選用VICOR公司的B048F080T24等比轉(zhuǎn)換模塊，輸出+8V電源提供給射頻功放供電。另一路選用Linear公司的LT1764AET電源芯片輸出+5V提供給射頻低噪聲放大器供電。同時轉(zhuǎn)換出+3.3V、+2.5V、+1.2V給控制電路供電。

3.4 狀態(tài)信息采集匯總與射頻通道送數(shù)單元

模塊選用Altera公司的大型可編程邏輯器件EP4CE22F17I7，可用I/O口為154個，數(shù)據(jù)存儲單元為608256bit，可編程邏輯單元為22320個，最高工作頻率200MHz左右。

4 軟件單元設(shè)計

分布式波控系統(tǒng)軟件包含兩部分，一部分是ARM軟件設(shè)計，另一部分是FPGA的軟件設(shè)計。

4.1 ARM軟件

ARM軟件開發(fā)是基于MDK-ARMKeilv4.72的開發(fā)環(huán)境。程序主要功能是對ARM芯片的初始化，包含I/O輸入輸出的設(shè)置、工作頻率的配置、CAN口初始化配置、FSMC總線初始化配置、DMA傳輸初始化配置等。初始化完后讀取NOR FLASH中的相位補(bǔ)償數(shù)據(jù)，然后循環(huán)等待CAN口是否接收到中心計算機(jī)下發(fā)的方位信息。接收信息后，ARM芯片進(jìn)行相位的計算，計算完后打包發(fā)送給FPGA，同時讀取所有狀態(tài)信息上傳給中心計算機(jī)，接著等待下一包CAN數(shù)據(jù)，周而復(fù)始。ARM軟件流程框圖如圖3所示。

4.2 FPGA軟件

FPGA軟件開發(fā)是基于QuartusⅡ13.0的開發(fā)環(huán)境，程序的主要功能是接收ARM打包數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，按通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給射頻移相通道，同時時時采集射頻通道的狀態(tài)信息打包回傳給ARM芯片。

5 結(jié)語

該分布式波控板已經(jīng)完成調(diào)試，并安裝于某型號雷達(dá)的有源相控陣陣面上。項目已完成實物驗收，性能穩(wěn)定可靠，滿足系統(tǒng)要求。

參考文獻(xiàn)

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