基于FPGA模拟多普勒计程仪海底回波信号的对接系统

摘要

本发明公开了一种基于FPGA模拟多普勒计程仪海底回波信号的对接系统，该系统使用FPGA完成对多普勒计程仪发射信号的处理和回波信号的产生。FPGA通过串口接收PC机的指令，根据PC的指令参数，对回波信号进行调整。系统利用1片模数转换器，对多普勒计程仪的发射信号进行采集，在FPGA内进行处理，同时进行波形的存储。系统利用8路独立的回波波形信号输出通道，对波束依次按照相位差进行发送。再经过干端的相控阵多普勒计程仪进行接收，从而在陆地环境下，对相控阵多普勒计程仪的运行可靠性能进行检验。

主权项

1.一种基于FPGA模拟多普勒计程仪海底回波信号的对接系统，其特征在于：系统由信号处理器（110）、发射信号触发通道（120）、发射信号采样器（130）与回波波形输出通道（140）四部分组成。其中，信号处理器（110）连接PC上位机（150），接收来自上位机的人工输入模拟参数的命令，并将数据上传上位机。所述的信号处理器（110）控制发射信号触发通道（120）、发射信号采样器（130）与回波波形输出通道（140）。 所述的信号处理器（110）是数据处理的核心单元，以FPGA作为中央处理器，包含了波形采集与回放功能模块（210）、信号检测功能模块（220）、信号编码功能模块（230）、应答信号的产生功能模块（240）。波形采集与回放功能模块（210）、信号检测功能模块（220）都与存储控制器（250）相连，PC端信号交互控制器（260）是通过信号处理器（110）内的串口协议定义； 所述的信号检测功能模块（220），用于快速接收并解码多普勒计程仪的发射信号。 所述的应答信号的产生功能模块（240），应答信号的产生根据接收到PC机模拟的船舶行驶方向的速度（V_x），船舶垂直于行驶方向的速度（V_y）以及船舶行驶海域的深度（h）的数据指令。按照相应的指令，形成算法模拟不同方向的海底的回波信号。产生模拟多普勒计程仪的海底回波信号依据多普勒效应，多普勒效应的数学形式由式（1）所示： Δf=2Vsin(φ)×f₀/C……(1) Δf为偏移的频率值，V为船舶行驶速度，f₀为发射信号频率，C为海水中的声速。产生模拟不同方向的回波信号的频率，各个方向的回波信号频率设置由式2所示： f_h+x，f_h-x为船舶行驶方向的速度，f_h+y，f_h-y为船舶垂直行驶方向的速度，φ为波束与船舶中垂线的夹角，f_s为多普勒计程仪发射信号频率，V_x为船舶行驶方向的速度，V_y为船舶垂直于行驶方向的速度。 所述的发射信号触发通道（120）主要完成对多普勒计程仪小功率发射进行可靠触发，选择合适的采样时间点，避免了误触发； 所述的发射信号采样器（130）包含了高速高精度的模数转换器 （310）和发射信号所需信号调理电路（320）。模数转换器（310）用于对发射信号波形的采样，信号调理电路连接在模数转换器（310）的前端。 所述的回波波形输出通道（140）包含了DAC通道（410）、回波波形回放所需的信号调理电路（420）、参考电源（430）。DAC通道使用高精度的数模转换芯片用于对模拟海底的回波信号。