用於導航雷達的信號傳輸電路的製作方法

2023-04-30 04:17:41 3

用於導航雷達的信號傳輸電路的製作方法
【專利摘要】為了克服國產船用導航雷達的不足，本實用新型提供一種用於導航雷達的信號傳輸電路，包括天線接口、天線接口匹配電路、電源轉換電路、FPGA處理晶片、雙向數據驅動總線、ARM處理晶片、鍵盤接口、VGA接口、JTAG加載接口，此外，還設有A/D轉換電路、D/A轉換電路、網絡接口、串口接口、USB接口、串口光電隔離電路、LVDS接口和LED屏電源接口。本新型的有益技術效果為：本產品用一塊單板實現，在增強雷達系統性能的同時，並有效地降低了成本，提高了集成度和可靠性；本產品配有多種接口，豐富了本產品可連接設備的種類與通訊模式。
【專利說明】用於導航雷達的信號傳輸電路
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於導航【技術領域】，具體涉及用於導航雷達的信號傳輸電路。
【背景技術】
[0002]船用導航雷達除了最初的目標探測和測距功能外，如今還用於航海避碰、海上救援，完成船隻進出港口的導航以及在結隊航行時利用雷達保持隊形，保證複雜條件下的航行安全，對保障船舶航行安全具有舉足輕重的意義。不僅大型遠洋船舶必須安裝，各種小型船舶(漁船、遊艇等)也普遍安裝導航雷達。國際海事組織(MO)規定了 500總噸以上的貨艙(1999年又下降到300總噸)及所有客船都必須裝備一臺導航雷達，10000總噸以上的船舶必須裝備二臺各自獨立工作的導航雷達。
[0003]國外船用導航雷達技術起步較早，技術比較成熟和全面。英國的RAYMARINE (雷松)公司，日本的JRC公司等都是全球知名的航運電子產品設備製造商，這些公司生產的雷達產品佔有全球民用導航雷達的大部分市場份額，被廣泛安裝在中小型船舶和公務型船舶上。但是其價格偏高，我國的中小型船舶用戶往往無法接受。
[0004]我國在船用導航雷達技術方面明顯落後於國外，國產船用導航雷達多為技術和資金薄弱的中小企業生產，雷達性能較低、功能單一、可靠性差。但是迅速發展的市場又迫切需求國內能有適用於中小型民用船舶的導航雷達產品。信號處理裝置是導航雷達的核心技術，直接影響到目標的提取，雜波的抑制，
[0005]國產船用導航雷達的部分出現，從一定程度上緩解早期只能依賴國外同類產品的弊端，但在技術性能上，國產船用導航雷達還存在顯著的不足與急待改進的技術難題。目前國產船用導航雷達採用模擬電路完成雷達信號處理功能，電路簡單，功能單一，且處理數據的能力低、速度慢，無法完成用戶對功能的多樣化需求；採用的老舊CRT顯示屏，佔用空間大、界面簡單，操作不方便，屏幕昏暗模糊，幾乎屬於淘汰產品；因此，國產船用導航雷達的研製嚴重落後於國外產品，若進行整體化的數位技術升級則存在成本高、不利於推廣的難題。
[0006]為了更新國內老舊的船用導航雷達終端產品，同時推動國內船用雷達技術的發展，市場上急需一種能夠兼容老舊雷達設備、具備數字/模擬處理能力、處理速度快、接口豐富的且成本低廉的專用於導航雷達的信號傳輸的電子產品。
實用新型內容
[0007]為了克服國產船用導航雷達的上述不足，本實用新型提供一種用於導航雷達的信號傳輸電路，其具體結構如下:
[0008]用於導航雷達的信號傳輸電路，包括天線接口 1、天線接口匹配電路12、電源轉換電路17、FPGA處理晶片5、雙向數據驅動總線7、ARM處理晶片13、鍵盤接口 16、VGA接口 11、JTAG加載接口 4，其中，天線接口 I的信號接口與天線接口匹配電路12—端的信號接口相連接，天線接口匹配電路12另一端的信號接口與FPGA處理晶片5 —端的信號接口相連接；天線接口 I接收自雷達傳遞而來的雷達回波模擬信號、調諧模擬信號、船首位置TTL電平信號和方位TTL電平信號，其中，船首位置TTL電平信號和方位TTL電平信號通過天線接口匹配電路12輸入至FPGA處理晶片5 ；ARM處理晶片13分別與鍵盤接口 16和VGA接口 11連接；FPGA處理晶片5的信號加載端與JTAG加載接口 4相連接；電源轉換電路17的電源輸出端分別與FPGA處理晶片5和ARM處理晶片13的取電端連接並供電；此外，還設有A/D轉換電路2、D/A轉換電路3、網絡接口 6、串口接口 8、USB接口 10、串口光電隔離電路9、LVDS接口 14和LED屏電源接口 15 ；
[0009]天線接口匹配電路12的信號輸出端與A/D轉換電路2的信號輸入端相連接，A/D轉換電路2的信號輸出端與FPGA處理晶片5的信號輸入端相連接；A/D轉換電路2負責將雷達回波模擬信號和調諧模擬信號分別轉換為雷達回波數位訊號和調諧數位訊號後再傳遞至FPGA處理晶片5，FPGA處理晶片5負責完成雷達信號的處理；
[0010]FPGA處理晶片5的信號輸出端與D/A轉換電路3的信號輸入端相連接，D/A轉換電路3的信號輸出端與天線接口匹配電路12的信號輸入端相連接；D/A轉換電路3負責將自FPGA處理晶片5傳遞來的數字雷達控制信號轉換成模擬雷達控制信號，並依次通過天線接口匹配電路12與天線接口 I傳輸至遠端的雷達設備；
[0011]ARM處理晶片13分別與網絡接口 6、USB接口 10和LVDS接口 14相連接；通過串口光電隔離電路9將ARM處理晶片13與串口接口 8相連接，串口光電隔離電路9負責隔離外部通訊設備與ARM處理晶片13之間的壓差，避免ARM處理晶片13被燒毀；
[0012]電源轉換電路17的電源輸出端還與LED屏電源接口 15相連接。
[0013]有益的技術效果有
[0014]1、本產品設有A/D轉換電路2，能夠將自雷達傳輸來的雷達回波模擬信號和調諧模擬信號轉換成數位訊號後再傳遞給下一級的FPGA處理晶片5進行處理，一則避免了用戶需要更換數位化雷達而產生的費用，二則以較低的成本實現模擬信號導航的數位化硬體採樣，更便於FPGA處理晶片5實現最新的信號處理算法，提高了雷達的雜波處理能力；
[0015]2、本產品的ARM處理晶片13配有多種接口，豐富了本產品可連接設備的種類與通訊模式；
[0016]3、本產品設有串口光電隔離電路9，克服了由於船體上各種外部設備與本產品之間的壓差大，直接連接易導致ARM處理晶片13被燒毀的技術難題；
[0017]4、本產品設有LVDS接口 14與LED屏電源接口 15，直接連接LED液晶顯示器進行監控，相對於老式的CRT監視，監視屏所需佔用的空間小，為有限的船艙空間的有效利用帶來極大的便利；
[0018]5、本產品配有D/A轉換電路3，可將自FPGA處理晶片5傳遞來的數字雷達控制信號轉換成模擬雷達控制信號，並傳輸至遠端的由模擬信號驅動雷達設備，最大程度地減少用戶的硬體設備升級成本；
[0019]6、本產品的ARM處理晶片13自帶串口接口 8，便於實現本產品對外的數據互聯；
[0020]7、整個船用導航雷達的信號處理裝置用一塊單板實現，且克服了純模擬信號的不足，在增強雷達系統性能的同時，並有效地降低了成本，提高了集成度和可靠性；
[0021]8、A/D轉換電路2的電路結構簡單、轉換效率高且抗幹擾能力強，特別適合對雷達回波模擬信號和調諧模擬信號的數位化轉換，且克服了現有設備只能採用「模擬信號接收 裝置一模擬信號處理裝置」而帶來的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的電路結構框圖。
[0023]圖2為圖1中A/D轉換電路的電路原理框圖。
[0024]圖3為圖2的具體電路結構圖。
[0025]圖中的序號為:天線接口 1、A/D轉換電路2、D/A轉換電路3、JTAG加載接口 4、FPGA處理晶片5、網絡接口 6、雙向數據驅動總線7、串口接口 8、串口光電隔離電路9、USB接口 10、VGA接口 11、天線接口匹配電路12、ARM處理晶片13、LVDS接口 14、LED屏電源接口15、鍵盤接口 16、電源轉換電路17、隔直電容單元21、電壓調節單元22、運算放大單元23、AD採集晶片24。
[0026]具體的實施方式
[0027]現結合附圖詳細說明本實用新型。
[0028]參見圖1，用於導航雷達的信號傳輸電路，包括天線接口 1、天線接口匹配電路12、電源轉換電路17、FPGA處理晶片5、雙向數據驅動總線7、ARM處理晶片13、鍵盤接口 16、VGA接口 11、JTAG加載接口 4，其中，天線接口 I的信號接口與天線接口匹配電路12 —端的信號接口相連接，天線接口匹配電路12另一端的信號接口與FPGA處理晶片5—端的信號接口相連接；天線接口 I接收自雷達傳遞而來的雷達回波模擬信號、調諧模擬信號、船首位置TTL電平信號和方位TTL電平信號，其中，船首位置TTL電平信號和方位TTL電平信號通過天線接口匹配電路12輸入至FPGA處理晶片5 ;ARM處理晶片13分別與鍵盤接口 16和VGA接口 11連接；FPGA處理晶片5的信號加載端與JTAG加載接口 4相連接；電源轉換電路17的電源輸出端分別與FPGA處理晶片5和ARM處理晶片13的取電端連接並供電。
[0029]此外，本產品還設有A/D轉換電路2、D/A轉換電路3、網絡接口 6、串口接口 8、USB接口 10、串口光電隔離電路9、LVDS接口 14和LED屏電源接口 15 ；
[0030]天線接口匹配電路12的信號輸出端與A/D轉換電路2的信號輸入端相連接，A/D轉換電路2的信號輸出端與FPGA處理晶片5的信號輸入端相連接；A/D轉換電路2負責將雷達回波模擬信號和調諧模擬信號分別轉換為雷達回波數字擬信號和調諧數位訊號後再傳遞至FPGA處理晶片5，更便於FPGA處理晶片5實現最新的信號處理算法，提高了雷達的雜波處理能力；
[0031]FPGA處理晶片5的信號輸出端與D/A轉換電路3的信號輸入端相連接，D/A轉換電路3的信號輸出端與天線接口匹配電路12的信號輸入端相連接；D/A轉換電路3負責將自FPGA處理晶片5傳遞來的數字雷達控制信號轉換成模擬雷達控制信號，並依次通過天線接口匹配電路12與天線接口 I傳輸至遠端的雷達設備；
[0032]ARM處理晶片13分別與網絡接口 6、USB接口 10和LVDS接口 14相連接；通過串口光電隔離電路9將ARM處理晶片13與串口接口 8相連接，串口光電隔離電路9負責隔離外部通訊設備與ARM處理晶片13之間的壓差，避免ARM處理晶片13被燒毀；
[0033]電源轉換電路17的電源輸出端還與LED屏電源接口 15相連接。
[0034]此外，A/D轉換電路2採用的晶片為AD9218BST-105，D/A轉換電路3採用的晶片為M62352AGP ；FPGA處理晶片5採用的晶片為美國ALTERA公司Cyclone II系列的EP2C35F484C8，ARM處理晶片13採用的晶片為韓國三星公司的UT6410CV01。串口光電隔離電路9外接四組串口接口 8。
[0035]參見圖2，為本產品A/D轉換電路2的電路結構框圖，該電路可採集兩路模擬視頻信號，且由隔直電容單元21 (C58、C59)、電壓調節單元22 (PR2)、運算放大單元23 (型號為AD8138晶片)和AD採集晶片24 (型號為AD9218BST-105晶片)串聯而成；通過A/D轉換電路2的信號輸入埠(VIDE0_ANT)將雷達回波模擬信號和調諧模擬信號依次經過隔直、電壓調節、運算放大後，輸入AD採集晶片(AD9218BST-105)轉換成相應的雷達回波數位訊號和調諧數位訊號。圖3為圖2的具體電路結構圖，本A/D轉換電路的結構緊湊、功耗低、電磁性能好，且克服了純模擬信號的不足，在增強雷達系統性能的同時，並有效地降低了成本，提高了集成度和可靠性。
【權利要求】
1.用於導航雷達的信號傳輸電路，包括天線接口(I)、天線接口匹配電路(12)、電源轉換電路(17)、FPGA處理晶片(5)、雙向數據驅動總線(7)、ARM處理晶片(13)、鍵盤接口(16)、VGA接口(11)、JTAG加載接口(4)，其中，天線接口( I)的信號接口與天線接口匹配電路(12) —端的信號接口相連接，天線接口匹配電路(12)另一端的信號接口與FPGA處理晶片(5) —端的信號接口相連接；天線接口( I)接收自雷達傳遞而來的雷達回波模擬信號、調諧模擬信號、船首位置TTL電平信號和方位TTL電平信號，其中，船首位置TTL電平信號和方位TTL電平信號通過天線接口匹配電路(12)輸入至FPGA處理晶片(5) ;ARM處理晶片(13)分別與鍵盤接口( 16)和VGA接口( 11)連接；FPGA處理晶片(5)的信號加載端與JTAG加載接口(4)相連接；電源轉換電路(17)的電源輸出端分別與FPGA處理晶片(5)和ARM處理晶片(13)的取電端連接並供電，其特徵在於， 還設有A/D轉換電路(2)、D/A轉換電路(3)、網絡接口(6)、串口接口(8)、USB接口(10)、串口光電隔離電路(9)、LVDS接口(14)和LED屏電源接口(15)； 天線接口匹配電路(12)的信號輸出端與A/D轉換電路(2)的信號輸入端相連接，A/D轉換電路(2)的信號輸出端與FPGA處理晶片(5)的信號輸入端相連接；A/D轉換電路(2)負責將雷達回波模擬信號和調諧模擬信號分別轉換為雷達回波數位訊號和調諧數位訊號後再傳遞至FPGA處理晶片(5)，FPGA處理晶片(5)負責完成雷達信號的處理； FPGA處理晶片(5)的信號輸出端與D/A轉換電路(3)的信號輸入端相連接，D/A轉換電路(3)的信號輸出端與天線接口匹配電路(12)的信號輸入端相連接；D/A轉換電路(3)負責將自FPGA處理晶片(5)傳遞來的數字雷達控制信號轉換成模擬雷達控制信號，並依次通過天線接口匹配電路(12)與天線接口( I)傳輸至遠端的雷達設備； ARM處理晶片(13)分別與網絡接口(6)、USB接口(10)和LVDS接口( 14)相連接；通過串口光電隔離電路(9)將ARM處理晶片(13)與串口接口(8)相連接，串口光電隔離電路(9)負責隔離外部通訊設備與ARM處理晶片(13)之間的壓差，避免ARM處理晶片(13)被燒毀；電源轉換電路(17)的電源輸出端與LED屏電源接口(15)相連接。
2.根據權利要求1所述的用於導航雷達的信號傳輸電路，其特徵在於，A/D轉換電路(2)採用的晶片為AD9218BST-105，D/A轉換電路(3)採用的晶片為M62352AGP ；FPGA處理晶片(5)採用的晶片為美國ALTERA公司Cyclone II系列的EP2C35F484C8，ARM處理晶片(13)採用的晶片為韓國三星公司的UT6410CV01。
3.根據權利要求1所述的用於導航雷達的信號傳輸電路，其特徵在於，A/D轉換電路(2)由隔直電容單元(21)、電壓調節單元(22)、運算放大單元(23)和AD採集晶片(24)串聯而成，負責將雷達回波模擬信號和調諧模擬信號依次經過隔直、電壓調節、運算放大和模擬/數字採集後轉換成相應的雷達回波數位訊號和調諧數位訊號。
4.根據權利要求1所述的用於導航雷達的信號傳輸電路，其特徵在於，串口光電隔離電路(9)外接四組串口接口(8)。
【文檔編號】G01S7/02GK203396946SQ201320503102
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】汪永軍, 閆馮軍, 莫紅飛, 曲成華, 朱德智 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所