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飞行目标速度测量雷达信号采集与实时处理系统的设计与实现

作　者: 崔恒颖
导　师: 蔡征宇
学　校: 南京理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: ARM FPGA 测速雷达嵌入式Linux
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要

目前,目标速度的测量越来越受关注,特别是飞行目标速度的测量不仅有利于我国军事方面的技术积累,而且对我国的军事战略安全也有着显著意义。雷达信号采集与实时处理系统也是当前雷达技术中研究最为活跃,进展最为迅速的一部分。紧随信息化,智能化,网络化的快速发展,嵌入式系统技术也日益迅速发展。基于ARM的嵌入式系统具有结构清晰、通用性好和可扩展性强的高性能,可为各种应用提供一套完整的软硬件解决方案。与此同时,FPGA既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点,又克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺陷,逐步成为复杂数字电路设计的理想首选。本课题针对目前雷达信号采集与实时处理系统中普遍存在的功耗高、价格昂贵、体积大以及测量精度不高等问题,提出了一种采用ARM和FPGA技术相结合的解决方案。该系统以Intel公司的PXA270处理器为硬件平台的核心,扩展了存储器模块、基于FPGA技术的数字信号处理模块、UART通信模块、以太网传输模块等功能模块。同时本课题使用嵌入式Linux操作系统作为系统软件平台,重点研究并完成相关底层驱动程序的设计。在课题中重点研究并解决了如下关键技术：基于PXA270处理器的系统硬件平台设计；FPGA内部功能模块的设计；嵌入式Linux操作系统在PXA270处理器上的移植；FPGA作为ARM外部设备时的驱动程序设计；基于多线程的ARM应用程序的设计；基于最小二乘法的外推拟合初速的程序设计；系统测试结果的误差分析。经过对各模块和系统的反复调试和改进,最终完成了一个在功能和性能上都达到技术条件的雷达信号采集与实时处理系统。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 ARM与FPGA概述  8-9
  1.2 课题研究的目的和意义  9
  1.3 课题主要完成的工作  9-10
  1.4 论文结构  10-11
2 系统构建  11-17
  2.1 多普勒雷达工作原理  11-12
    2.1.1 多普勒雷达结构  11
    2.1.2 多普勒雷达测速原理  11-12
  2.2 系统主要指标  12
  2.3 系统的硬件结构  12-15
    2.3.1 系统的硬件总体架构  12-13
    2.3.2 嵌入式微处理器的选择  13-14
    2.3.3 FPGA的芯片选择  14-15
  2.4 系统的软件结构  15-17
    2.4.1 嵌入式操作系统的选择  15-16
    2.4.2 系统软件总体架构  16-17
3 系统硬件电路的设计与实现  17-30
  3.1 系统硬件平台简介  17
  3.2 电源模块电路  17-19
    3.2.1 ARM处理器的电源设计  17-18
    3.2.2 FPGA的电源设计  18-19
  3.3 数据采集模块  19-21
    3.3.1 信号调理电路  19-20
    3.3.2 模数转换电路(ADC)  20-21
  3.4 ARM处理器及其外围电路  21-25
    3.4.1 PXA270核心总线  21-22
    3.4.2 PXA270处理器与FPGA的接口设计  22-23
    3.4.3 复位电路  23
    3.4.4 SDRAM接口电路  23-24
    3.4.5 FLASH接口电路  24-25
    3.4.6 USB接口电路  25
  3.5 FPGA外围电路  25-27
    3.5.1 FPGA的时钟电路  26
    3.5.2 JTAG调试接口电路  26
    3.5.3 FPGA配置芯片电路  26-27
  3.6 通信接口模块  27-29
    3.6.1 以太网接口电路  27-28
    3.6.2 串口接口电路  28-29
  3.7 本章小结  29-30
4 数字信号处理的FPGA实现  30-43
  4.1 FPGA功能模块架构的设计  30
  4.2 时钟模块  30-31
  4.3 AD控制模块  31-33
  4.4 乒乓FIFO模块  33-35
    4.4.1 FIFO简介  33-34
    4.4.2 乒乓FIFO模块的FPGA实现  34-35
  4.5 FFT模块设计  35-38
    4.5.1 FFT算法简介  35-36
    4.5.2 FFT模块的FPGA实现  36-38
  4.6 FPGA与ARM接口模块  38-40
    4.6.1 总线控制模块  38
    4.6.2 地址译码模块  38-39
    4.6.3 片内缓存模块  39-40
  4.7 FPGA设计结果分析  40-42
  4.8 本章小结  42-43
5 基于LINUX的系统软件设计与实现  43-58
  5.1 嵌入式系统的开发环境建立  43-44
  5.2 嵌入式LINUX的移植  44-47
    5.2.1 Boot Loader的移植  44-45
    5.2.2 Linux内核的移植  45-47
    5.2.3 文件系统JFFS2的制作  47
  5.3 FPGA设备驱动程序的设计  47-53
    5.3.1 驱动功能与程序结构  48-50
    5.3.2 中断处理的实现  50-52
    5.3.3 内存管理与DMA编程  52-53
  5.4 应用程序设计  53-57
    5.4.1 多线程的任务划分  53-54
    5.4.2 串口通信程序设计  54-55
    5.4.3 网络通信程序设计  55-56
    5.4.4 拟合外推初速程序设计  56-57
  5.5 本章小结  57-58
6 系统测试与误差分析  58-64
  6.1 系统测试  58-60
    6.1.1 系统硬件平台  58
    6.1.2 软件调试流程  58-59
    6.1.3 测试结果  59-60
  6.2 误差分析  60-63
    6.2.1 系统误差  60-62
    6.2.2 随机误差  62-63
  6.3 本章小结  63-64
7 总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-67

飞行目标速度测量雷达信号采集与实时处理系统的设计与实现

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