數(shù)字船用導(dǎo)航雷達顯控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

畢皓澤 張征

【摘要】二十一世紀(jì)是海洋時代，海洋在國家的發(fā)展中有著重要的作用，對推動對外經(jīng)濟文化交流等起著至關(guān)重要的作用。改革開放后，隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，海洋在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中占有重要的地位，成為我國新世紀(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。船舶在遠(yuǎn)洋航行需要依賴可靠穩(wěn)定的導(dǎo)航設(shè)備，導(dǎo)航雷達在相關(guān)船舶的具體定位、引導(dǎo)相關(guān)船舶出港進港過程中有這重要的作用，基于FPGA和嵌入式系統(tǒng)的導(dǎo)航雷達具有功能龐大、體積較小、性能可靠和操作簡便的諸多優(yōu)勢，并能夠?qū)ο嚓P(guān)圖像進行有效的控制，推動我國船舶工業(yè)的導(dǎo)航雷達系統(tǒng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)航雷達;數(shù)字船;設(shè)計與實現(xiàn)

隨著全球經(jīng)濟一體化的趨勢不斷加快，在改革開放的推動下，我國的船舶工業(yè)發(fā)展迅速，在2015年，我國的船舶工業(yè)2400萬噸排水量的大關(guān)，在世界整個船舶工業(yè)中占有較大比例，居世界第一位。船舶工業(yè)的發(fā)展對相關(guān)配套工業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，特別是對船舶專用的數(shù)字導(dǎo)航設(shè)備，對其需求量十分巨大。但是在當(dāng)前我國的相關(guān)配套工業(yè)還存在諸多不足，還有多個薄弱方面，當(dāng)前。我國獨立自主研制的導(dǎo)航設(shè)備只有計程儀、測深儀等簡單產(chǎn)品，占整個導(dǎo)航配套產(chǎn)業(yè)的比例不足百分之三十，國產(chǎn)設(shè)備不可避免地存在缺乏核心技術(shù)、工藝較為落后、缺乏品牌以及適用范圍限制在國內(nèi)的船舶中。

一、船載雷達顯控技術(shù)發(fā)展趨勢

2013年雷達與通信一體化波形進行了具體的實現(xiàn)。基于這一準(zhǔn)則，還對一體化過程中的整體硬件、調(diào)制設(shè)計進行了研究，并提出了實現(xiàn)一體化系統(tǒng)的兩種方法，最后的實驗結(jié)果也證明了這種想法的可行性。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，雷達設(shè)備更新速度不斷加快，顯控技術(shù)較過去相比取得了巨大的成就，在當(dāng)前多功能雷達系統(tǒng)的相關(guān)控制技術(shù)以及大屏幕顯示技術(shù)等方面發(fā)展速度較快。在相關(guān)掃描圖像的表現(xiàn)上，相關(guān)畫面的尺寸如果越大，相關(guān)工作人員對信息的了解就會越精確，伴隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，LCD液晶屏技術(shù)不斷成熟，在船舶中應(yīng)用也日趨穩(wěn)定，將其作為顯示設(shè)備應(yīng)用到船舶中成為大勢所趨，一方面相關(guān)設(shè)備的體積較小，另一方面其清晰度較高，相較于傳統(tǒng)的顯示方式既有無可比擬的優(yōu)越性。

由于當(dāng)前船載導(dǎo)航雷達的相關(guān)功能隨著相關(guān)需要的不斷增加而增加[1]，面對多功能船載雷達的相關(guān)控制更加復(fù)雜，要求數(shù)據(jù)具有安全性，完整性和一致性，能夠儲存船舶航行的相關(guān)信息以及工程文檔資料，對其功能要求便于使用、操作界面友好和功能完備[2]。如何建立有效科學(xué)的雷達通信機制和相關(guān)的功能控制調(diào)度是較為關(guān)鍵的，多功能船載雷達系統(tǒng)的控制技術(shù)能夠有效保證船用雷達在復(fù)雜工作環(huán)境下控制機制的正確性和可靠性。船用雷達顯控技術(shù)的發(fā)展，決定船舶電子導(dǎo)航產(chǎn)品的嵌入式控制系統(tǒng)的日益更新，只有建立在良好的人機交互的系統(tǒng)下，才能發(fā)揮船用雷達顯控系統(tǒng)的實用性。

二、雷達顯示與控制系統(tǒng)總體設(shè)計

在研究過程中，整個船舶導(dǎo)航雷達的相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計主要包括船載雷達系統(tǒng)的下單元和上單元。在整個導(dǎo)航系統(tǒng)中[3]，相關(guān)的上單元部分主要由雷達發(fā)射機和雷達天線組成，整個設(shè)備的功能要求是發(fā)送具有周期性的脈沖信號，接受相關(guān)的回波信號，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至下單元。下單元主要包括FPGA 數(shù)據(jù)處理模塊和ARM 處理模塊，和與其相對應(yīng)的顯示設(shè)備，在下單元中還包括網(wǎng)絡(luò)模塊、GPS導(dǎo)航模塊和電子海圖等。

在整個雷達系統(tǒng)中，其高速AD主要負(fù)責(zé)采樣上單元的掃描信號，將相關(guān)的掃描信號轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)字信號，再通過FPGA數(shù)據(jù)進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，與此同時，上單元進行具體的數(shù)字信號處理，同時將由上單元具體發(fā)出的ARP、 TI、ACP等相關(guān)信號與FPGA 的具體邏輯控制部分相連接[4]。下單元負(fù)責(zé)對整個雷達探測數(shù)據(jù)的處理，以及相關(guān)的硬件操作，顯控模塊的主要功能是相關(guān)顯示控制、相關(guān)控制命令的交互，建立各個模塊之間的通信，使用FPGA和系統(tǒng)總線完成相關(guān)的通信工作。

三、船用雷達顯示與控制硬件設(shè)計

船舶專用雷達的整個顯控系統(tǒng)的整個硬件模塊主要包括ARM操作系統(tǒng)和FPGA數(shù)據(jù)信號處理模塊，第一部分是FPGA數(shù)據(jù)信號處理模塊，這一部分主要包括相關(guān)數(shù)據(jù)的處理和顯示。第二部分是ARM操作系統(tǒng)，主要包括上層雷達用戶的系統(tǒng)功能操作，控制相關(guān)雷達的調(diào)度和顯示。雷達信號與通信信號的調(diào)制方式有很多種，其目的是為了更準(zhǔn)確的對目標(biāo)進行定位，并提高抗干擾能力。

雷達信號與通信信號的基本特點對一體化測向技術(shù)的研究和實現(xiàn)可以提供很好的參考，根據(jù)一體化的關(guān)鍵技術(shù)對測向技術(shù)系統(tǒng)進行總體的流程設(shè)計，然后對雷達與通信信號一體化測向技術(shù)的主要模塊和各個模塊的功能進行分析與介紹，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)與運行時序的交互影響。

四、結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，對船舶對導(dǎo)航系統(tǒng)的需求越來越高，筆者通過對高速數(shù)據(jù)信號的FPGA處理系統(tǒng)和嵌入式ARM 處理系統(tǒng)進行有機結(jié)合，與數(shù)字化雷達進行比較發(fā)現(xiàn)，能夠支持LCD液晶大屏幕顯示，相關(guān)的數(shù)據(jù)采集能力的測試還需不斷完善，便于對整個系統(tǒng)功能的全面升級，并且由于FPGA系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)處理性能，較好地降低了嵌入式 ARM 系統(tǒng)的 CPU 使用負(fù)載，從而提高了嵌入式 ARM 操作系統(tǒng)的控制能力，基于FPGA和嵌入式系統(tǒng)的導(dǎo)航雷達具有功能龐大、體積較小、性能可靠和操作簡便的諸多優(yōu)勢，并能夠?qū)ο嚓P(guān)圖像進行有效的控制，推動我國船舶工業(yè)的導(dǎo)航雷達系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻

[1]盧志忠，楊江洪，黃玉，衛(wèi)延波，楊子翰.航海雷達圖像陰影提取波高算法的改進研究[J].儀器儀表學(xué)報，2017，38（01）：212-218.

[2]張新宇，陳華，姚舜，陳向.航海雷達仿真數(shù)據(jù)生成算法及實現(xiàn)[J].中國航海，2016，39（04）：6-10.

[3]汪永軍，閆馮軍，莫紅飛，張宏財.一種船用導(dǎo)航雷達回波高分辨顯示裝置的設(shè)計[J].艦船電子對抗，2015，38（06）：21-24.

[4]張宏財，汪永軍，沈君.基于ARM和FPGA的一體化船用導(dǎo)航雷達終端設(shè)計[J].科技視界，2015（04）：115-116.