第25卷第5期舰船电子对抗2002, 25(5) :29～31
雷达检测波门的设计方法与原理
于振华
(船舶重工集团公司723所, 扬州225001)
摘要 主要介绍了雷达检测波门总的设计方法与原理, 以及用F L EX10K 系列的PL D 进行雷达检
测波门产生器设计的方法与原理。
关键词 检测波门 现场编程门阵列 可编程逻辑器件 回波
寄存器。用FLEX 10K 系列的PLD 设计可以在线进行编程, 大大减化了电路设计和调试过程。
0 引 言
杂波回波是任何一部雷达系统所面临的重大问题。当设计一部雷达时, 杂波处理是要考虑的重要因素之一。产生杂波的因素很多, 比如它周围环境中地面、山体和云层的反射等。特别是舰载雷达, 再加上舰体的运动、海浪的运动和反射, 使平常的杂波问题变得更加严重。经过杂波消除处理后, 严重时仍将有许多的目标, 既有真实目标又有杂波。如果杂波过多, 会使目标检测系统饱和, 使得真实目标不能被检测出来, 从而丢失真实目标, 失去了对敌方的有效监视, 这对于雷达系统来说是绝对不允许发生的。
如果用雷达检测波门则可以把杂波过多的区域屏蔽掉, 减小目标检测系统的目标数量, 使得真实目标能被检测出来; 也可以用雷达检测波门把认为是真实目标的区域保护起来, 只检测雷达检测波门所属区域的目标, 区域以外的目标被屏蔽掉。这样, 用适当多的检测波门就可以在很大程度上有效地避免虚假目标, 检测到实际的真实目标。所以说, 检测波门是一种雷达系统中处理杂波的有效手段。
本文主要介绍雷达检测波门的设计原理及用FLEX10K 系列的PLD 进行检测波门产生器电路的设计。FLEX 10K 系列是美国ALTERA 公司生产的PLD (可编程逻辑器) , 它的现场编程门阵列(FPGA ) 具有精细分割的结构和大量的
1 雷达检测波门的电路设计原理
电路设计原理框图如图1所示。
图1 雷达检测波门的电路设计原理框图
检测波门的工作原理是:用5M 时钟计数, 然后与从外界输入输出(I/O) 口读来的距离前、后沿进行比较, 用方位码与方位前、后沿进行比较, 根据2组比较的结果, 在各前、后沿内、外区域输出相应高、低电平, 这高、低电平再经过触发器和与或逻辑的组合, 生成相应所需的检测波门控制和显示信号。
检测波门电路分两部分:I /O 口和检测波门发生器。I/O 口方面, 地址、控制信号经译码电路后和编码器组成与外界相连的输入输出口; 检测波门方面, 比较器和D 触发器及相应的与或逻辑电路组成相应的检测波门发生器。地址、控
30舰船电子对抗第25卷
制信号经过译码电路和方位前、后沿及距离前、后沿经过编码器编码后, 把方位前、后沿及距离前、后沿和地址与控制信号有机结合, 能使外界经过相应的输入输出口和检测波门发生器很好地对应。在检测波门发生器的电路结构中, 方位码与从I /O 口读出的方位前、后沿的数值进行比较, 时钟计数值与从I /O 口读出的距离前、后沿的数值进行比较, 两者的前、后沿根据比较结果各输出一脉冲, 用这2对脉冲同经过编码器编码的控制信号进行结合, 然后对D 触发器进行置位和清零, D 触发器的输出电平再经过一些与或逻辑电路的组合, 生成相应需要的高、低电平信号。
雷达检测波门电路的主要部分是检测波门产生器电路, 下面介绍用FLEX10K 系列进行检测波门产生器设计的方法和原理。
连模式在器件被加载以后进行修改。2. 2 用PLD 进行检测波门产生器电路设计2. 2. 1 用PLD 进行电路设计的实现方法
PLD 电路设计的实现可分为2种:直接用门电路进行设计和用VHDL 语言设计。门电路设计的优点是电路直观、易懂; 用VHDL 语言设计的优点是其具有简捷性, 且其算法模块可在不同厂家的门阵列产品中使用, 增加了功能电路的通用性与灵活性。具体设计时也可以使用门电路和VHDL 语言相结合的方法。
检测波门产生器电路设计框图如图2所示。
2 用FLEX10K 系列的PLD 进行
检测波门产生器的设计
2. 1 优点
本电路设计中使用PLD , 主要是利用其大容量的寄存器、门电路和现场可编程门阵列(FPGA) 。PLD 不仅使系统设计趋于小型化、集成化和高可靠性, 而且器件所具有的用户可编程特性和在线可编程能力, 将大大地缩短系统设计周期, 减少设计费用, 降低设计风险。它采用系统内可编程技术, 使系统内硬件的功能可以象软件一样被编程配置, 从而可以实时地进行灵活、方便的更改和开发。
FLEX10K 系列的PLD 正是这样一种最具代表性的FPGA 器件, 无论是在速度、体积方面, 还是在设计的灵活性上, 都能适应现代雷达信号处理系统的要求。另外它具有比一般PLD 更优越的特性, 可以达到比其他PLD 器件更高的集成度, 具有更复杂的布线结构和逻辑实现。其中FPGA 的结构由排列的逻辑功能块组成, 逻辑功能块之间通过内部可编程互相连线来实现不同的电路设计。它还是一种基于静态存储
图2 检测波门产生器电路设计框图
2. 2. 2 检测波门产生器电路设计原理说明
检测波门产生器电路由比较器、D 触发器、与或逻辑电路组成, 其产生的对外输出信号有2种:检测波门控制信号和检测波门显示信号。
检测波门控制信号的产生:经过锁存器后的方位码与方位前、后沿进行比较, 分别输出与方位前、后沿相等时的电平给D 触发器, 与方位前沿相等时的电平使D 触发器置“1”, 与方位后沿相等时的电平使D 触发器置“0”, 此D 触发器输出值和距离的D 触发器的输出值经过与或逻辑电路相与后就是检测波门控制信号。
检测波门显示信号的产生:经过计数器计数后的计数时钟与距离前、后沿分别进行比较, 比较结果送给D 触发器, 与距离前沿相等时的电平使D 触发器置“1”, 与距离后沿相等时的电平
第5期于振华:雷达检测波门的设计方法与原理31
方位比较器的输出信号经与或逻辑电路相与, 两相与结果再相或; 距离的两比较器输出电平经与或逻辑电路相与后, 再和方位的D 触发器输出信号进行相与, 然后再和前面的两相或信号进行相或, 其结果就是检测波门显示信号。
统体积, 提高了系统可靠性, 降低了设计风险, 而且借助于设计输入方式灵活的设计软件, 大大缩短了系统研制周期。
总之, 随着可编程逻辑器件和设计软件的更新与发展, 新型的FPGA 会不断地涌现, 无论是在芯片包含上, 还是在速度、布线资源和芯片内提供RAM 、芯片外提供DRAM 的高速存取接口等等功能上, 它将会得到很大的提高。同时其又具有软件的灵活性, 并以重复利用硬件来降低成本, 模糊了硬件与软件之间的界限, 使用户根据自己的要求, 灵活地设计出各种各样的电路。参考文献
1 张国栋. 船用雷达. 北京:人民交通出版社, 19812 费利那A , 斯塔得F A. 雷达数据处理. 匡永胜, 张祖稷, 等译. 北京:国防工业出版社, 1988
3 结束语
经过译码电路的编码器与多个检测波门产生器电路有机结合就组成了雷达检测波门的设计电路。检测波门产生器个数由具体所需雷达检测波门的数量决定, 雷达检测波门的数量越多, 所需检测波门产生器的数量就越多。一般1片FLEX10K 系列的PLD 可以实现几十个雷达检测波门电路的设计。
经过以上电路的实际设计和实现, 可以看出FPGA 的应用具有极大的灵活性, 不仅减小了系
(上接第5页)
机构必须尽可能得到所有有关的敌方电子战能力方面的情况。此外, 还必须尽快搜集与分析情况, 这样才能最实时地反映战争征候和战争警告方面的变化, 并对战争时期由于任务变化而引起的电子战态势的变化做出最佳反应。
(2) 指挥与控制
电子战行动, 尤其是干扰和其它海防压制系统电子战行动是没有地理边界的, 很容易造成对友军的干扰, 造成相互的电磁干扰。舰载干扰机与舰外诱饵, 会致盲舰载电子战支援设备和多功能雷达。所以, 对电子战而言, 实际的指挥控制由最高级别的战术机构进行协调。
(3) 电子战作战支援
电子战作战支援是电子战最重要的作战能力, 所以发展有效的电子战作战支援能力是发展
海上能力的主要方面。
存储所有的电子情况和电子编程数据的有效数据库是所有电子战作战支援机构的出发点。
(4) 来自空中和海上巡航导弹的威胁, 是当今海战中的首要威胁
对巡航导弹的干扰技术和设备是当前海上电子战发展的重中之重。参考文献
1 方有培. 对巡航导弹制导系统干扰途径分析. 航天
电子对抗, 2000(2) :1～5
2 梁小平. 巡航导弹及其对抗. 见:电子战新概念新
理论新技术——第七届学术学会会议文集. 成都:电子对抗国防科学技术重点实验室, 1999
3 梁百川. 舰船电子战. 舰船电子对抗, 1999(l) :1～44 梁百川. 21世纪初页我海军电子战能力展望. 舰船
电子工程, 2001(l) :12～15
第25卷第5期舰船电子对抗2002, 25(5) :29～31
雷达检测波门的设计方法与原理
于振华
(船舶重工集团公司723所, 扬州225001)
摘要 主要介绍了雷达检测波门总的设计方法与原理, 以及用F L EX10K 系列的PL D 进行雷达检
测波门产生器设计的方法与原理。
关键词 检测波门 现场编程门阵列 可编程逻辑器件 回波
寄存器。用FLEX 10K 系列的PLD 设计可以在线进行编程, 大大减化了电路设计和调试过程。
0 引 言
杂波回波是任何一部雷达系统所面临的重大问题。当设计一部雷达时, 杂波处理是要考虑的重要因素之一。产生杂波的因素很多, 比如它周围环境中地面、山体和云层的反射等。特别是舰载雷达, 再加上舰体的运动、海浪的运动和反射, 使平常的杂波问题变得更加严重。经过杂波消除处理后, 严重时仍将有许多的目标, 既有真实目标又有杂波。如果杂波过多, 会使目标检测系统饱和, 使得真实目标不能被检测出来, 从而丢失真实目标, 失去了对敌方的有效监视, 这对于雷达系统来说是绝对不允许发生的。
如果用雷达检测波门则可以把杂波过多的区域屏蔽掉, 减小目标检测系统的目标数量, 使得真实目标能被检测出来; 也可以用雷达检测波门把认为是真实目标的区域保护起来, 只检测雷达检测波门所属区域的目标, 区域以外的目标被屏蔽掉。这样, 用适当多的检测波门就可以在很大程度上有效地避免虚假目标, 检测到实际的真实目标。所以说, 检测波门是一种雷达系统中处理杂波的有效手段。
本文主要介绍雷达检测波门的设计原理及用FLEX10K 系列的PLD 进行检测波门产生器电路的设计。FLEX 10K 系列是美国ALTERA 公司生产的PLD (可编程逻辑器) , 它的现场编程门阵列(FPGA ) 具有精细分割的结构和大量的
1 雷达检测波门的电路设计原理
电路设计原理框图如图1所示。
图1 雷达检测波门的电路设计原理框图
检测波门的工作原理是:用5M 时钟计数, 然后与从外界输入输出(I/O) 口读来的距离前、后沿进行比较, 用方位码与方位前、后沿进行比较, 根据2组比较的结果, 在各前、后沿内、外区域输出相应高、低电平, 这高、低电平再经过触发器和与或逻辑的组合, 生成相应所需的检测波门控制和显示信号。
检测波门电路分两部分:I /O 口和检测波门发生器。I/O 口方面, 地址、控制信号经译码电路后和编码器组成与外界相连的输入输出口; 检测波门方面, 比较器和D 触发器及相应的与或逻辑电路组成相应的检测波门发生器。地址、控
30舰船电子对抗第25卷
制信号经过译码电路和方位前、后沿及距离前、后沿经过编码器编码后, 把方位前、后沿及距离前、后沿和地址与控制信号有机结合, 能使外界经过相应的输入输出口和检测波门发生器很好地对应。在检测波门发生器的电路结构中, 方位码与从I /O 口读出的方位前、后沿的数值进行比较, 时钟计数值与从I /O 口读出的距离前、后沿的数值进行比较, 两者的前、后沿根据比较结果各输出一脉冲, 用这2对脉冲同经过编码器编码的控制信号进行结合, 然后对D 触发器进行置位和清零, D 触发器的输出电平再经过一些与或逻辑电路的组合, 生成相应需要的高、低电平信号。
雷达检测波门电路的主要部分是检测波门产生器电路, 下面介绍用FLEX10K 系列进行检测波门产生器设计的方法和原理。
连模式在器件被加载以后进行修改。2. 2 用PLD 进行检测波门产生器电路设计2. 2. 1 用PLD 进行电路设计的实现方法
PLD 电路设计的实现可分为2种:直接用门电路进行设计和用VHDL 语言设计。门电路设计的优点是电路直观、易懂; 用VHDL 语言设计的优点是其具有简捷性, 且其算法模块可在不同厂家的门阵列产品中使用, 增加了功能电路的通用性与灵活性。具体设计时也可以使用门电路和VHDL 语言相结合的方法。
检测波门产生器电路设计框图如图2所示。
2 用FLEX10K 系列的PLD 进行
检测波门产生器的设计
2. 1 优点
本电路设计中使用PLD , 主要是利用其大容量的寄存器、门电路和现场可编程门阵列(FPGA) 。PLD 不仅使系统设计趋于小型化、集成化和高可靠性, 而且器件所具有的用户可编程特性和在线可编程能力, 将大大地缩短系统设计周期, 减少设计费用, 降低设计风险。它采用系统内可编程技术, 使系统内硬件的功能可以象软件一样被编程配置, 从而可以实时地进行灵活、方便的更改和开发。
FLEX10K 系列的PLD 正是这样一种最具代表性的FPGA 器件, 无论是在速度、体积方面, 还是在设计的灵活性上, 都能适应现代雷达信号处理系统的要求。另外它具有比一般PLD 更优越的特性, 可以达到比其他PLD 器件更高的集成度, 具有更复杂的布线结构和逻辑实现。其中FPGA 的结构由排列的逻辑功能块组成, 逻辑功能块之间通过内部可编程互相连线来实现不同的电路设计。它还是一种基于静态存储
图2 检测波门产生器电路设计框图
2. 2. 2 检测波门产生器电路设计原理说明
检测波门产生器电路由比较器、D 触发器、与或逻辑电路组成, 其产生的对外输出信号有2种:检测波门控制信号和检测波门显示信号。
检测波门控制信号的产生:经过锁存器后的方位码与方位前、后沿进行比较, 分别输出与方位前、后沿相等时的电平给D 触发器, 与方位前沿相等时的电平使D 触发器置“1”, 与方位后沿相等时的电平使D 触发器置“0”, 此D 触发器输出值和距离的D 触发器的输出值经过与或逻辑电路相与后就是检测波门控制信号。
检测波门显示信号的产生:经过计数器计数后的计数时钟与距离前、后沿分别进行比较, 比较结果送给D 触发器, 与距离前沿相等时的电平使D 触发器置“1”, 与距离后沿相等时的电平
第5期于振华:雷达检测波门的设计方法与原理31
方位比较器的输出信号经与或逻辑电路相与, 两相与结果再相或; 距离的两比较器输出电平经与或逻辑电路相与后, 再和方位的D 触发器输出信号进行相与, 然后再和前面的两相或信号进行相或, 其结果就是检测波门显示信号。
统体积, 提高了系统可靠性, 降低了设计风险, 而且借助于设计输入方式灵活的设计软件, 大大缩短了系统研制周期。
总之, 随着可编程逻辑器件和设计软件的更新与发展, 新型的FPGA 会不断地涌现, 无论是在芯片包含上, 还是在速度、布线资源和芯片内提供RAM 、芯片外提供DRAM 的高速存取接口等等功能上, 它将会得到很大的提高。同时其又具有软件的灵活性, 并以重复利用硬件来降低成本, 模糊了硬件与软件之间的界限, 使用户根据自己的要求, 灵活地设计出各种各样的电路。参考文献
1 张国栋. 船用雷达. 北京:人民交通出版社, 19812 费利那A , 斯塔得F A. 雷达数据处理. 匡永胜, 张祖稷, 等译. 北京:国防工业出版社, 1988
3 结束语
经过译码电路的编码器与多个检测波门产生器电路有机结合就组成了雷达检测波门的设计电路。检测波门产生器个数由具体所需雷达检测波门的数量决定, 雷达检测波门的数量越多, 所需检测波门产生器的数量就越多。一般1片FLEX10K 系列的PLD 可以实现几十个雷达检测波门电路的设计。
经过以上电路的实际设计和实现, 可以看出FPGA 的应用具有极大的灵活性, 不仅减小了系
(上接第5页)
机构必须尽可能得到所有有关的敌方电子战能力方面的情况。此外, 还必须尽快搜集与分析情况, 这样才能最实时地反映战争征候和战争警告方面的变化, 并对战争时期由于任务变化而引起的电子战态势的变化做出最佳反应。
(2) 指挥与控制
电子战行动, 尤其是干扰和其它海防压制系统电子战行动是没有地理边界的, 很容易造成对友军的干扰, 造成相互的电磁干扰。舰载干扰机与舰外诱饵, 会致盲舰载电子战支援设备和多功能雷达。所以, 对电子战而言, 实际的指挥控制由最高级别的战术机构进行协调。
(3) 电子战作战支援
电子战作战支援是电子战最重要的作战能力, 所以发展有效的电子战作战支援能力是发展
海上能力的主要方面。
存储所有的电子情况和电子编程数据的有效数据库是所有电子战作战支援机构的出发点。
(4) 来自空中和海上巡航导弹的威胁, 是当今海战中的首要威胁
对巡航导弹的干扰技术和设备是当前海上电子战发展的重中之重。参考文献
1 方有培. 对巡航导弹制导系统干扰途径分析. 航天
电子对抗, 2000(2) :1～5
2 梁小平. 巡航导弹及其对抗. 见:电子战新概念新
理论新技术——第七届学术学会会议文集. 成都:电子对抗国防科学技术重点实验室, 1999
3 梁百川. 舰船电子战. 舰船电子对抗, 1999(l) :1～44 梁百川. 21世纪初页我海军电子战能力展望. 舰船
电子工程, 2001(l) :12～15