作者：耿树巧翟刚毅单位：中国船舶重工集团公司第七二四研究所

硬件设计主要包括FPGA内部模块设计、A/D变换器设计、时钟分配设计等等。内部模块设计。在整个雷达高速数据采集系统中，FPGA部分所负责的工作是对雷达信号进行数据的预处理，其需要完成如下的工作:(1)控制AD芯片工作;(2)完成格式的转换，将视频信号由负极性转变为正极性;(3)将AD芯片采集到的视频信号进行调理解调，正确调理出雷达视频信号、方位和触发信号，并将其按合适的格式存储;(4)控制光模块和PCI-Express模块工作，将视频信号与相对应的方位信号组合，及时将组合后的信号送给光模块和PCI-Express模块中。信号调理电路设计。在本系统的设计中采用差分运算放大器AD8138来对ADC输入的混合视频信号进行信号调理。差分输出运算放大器AD8138可用于ADC的输入驱动器，实现ADC在直流耦合中的应用，其在输入信号频率达到30MHz时仍能保持高性能的SNR。同时，该芯片能够实现输入信号单端到差分变换，为ADC应用提供了一种低成本的选择。在本系统的电路设计中，AD8138的输入端接一个50Ω的电阻实现与收发机输出的匹配。由于收发机送出的方位起始信号、方位信号和视频信号均为负值，所以将该混合雷达视频信号接AD8138的负输入端，这样实现了视频信号极性的翻转，从而方便后续作进一步处理。A/D变换器设计。对雷达回波信号进行实时采集是雷达信号数字化处理的前提和基础。对于常规脉冲雷达来说，假设它的发射脉冲宽度为τ，则在雷达接收机中中频放大器的带宽应为τ－1。由采样定理可以确定，为了不引起失真，采样频率fs应满足fs＞2τ－1。通过对某雷达的资料可知雷达的脉冲宽度为60(短脉冲)、250(中脉冲)、800ns(长脉冲)(可调)，带宽为短脉冲(16～20MHz)、中脉冲(4～5MHz)、长脉冲(1．5～2．0MHz)。由采样定理可知，选用A/D器件的采样频率应该至少大于两倍的信号带宽，实际中采样频率最好为信号带宽的3～4倍。因此，选择采样频率为80MHz、精度为12bits的AD9432芯片用于对雷达回波进行模数转换。解复用模块的设计。雷达输入混合信号的方位起始信号为－4V脉宽5μs的脉冲，串行方位信号为－2V脉宽5μs的脉冲串，主触发信号为+3V脉宽2μs的脉冲，模拟视频为0～－2V的模拟信号，输入信号共两路，为两个雷达收发机的输出。雷达输入的混合信号如图2所示。在A/D设计中，将输入的混合信号全部转换为正信号，将雷达视频量化值大于4000的判定为方位起始信号，量化值在1500～3500的判定为串行方位信号。其中，串行方位信号共16位，即量化值大于2500的判定为‘1’，小于2500的判定为‘0’，量化值小于1000的判定为主触发信号，主触发信号后的信号为雷达视频信号。这样就通过编程调理解调出雷达视频信号、方位和触发信号。光纤模块的设计。将解复用后的数字雷达视频信号与相对应的方位信号通过高速数据收发RocketI/O模块实时传输给光模块。在调试过程中，利用光模块的收发功能实现与采集器互连:将A/D变换后的混合雷达视频通过光模块送入采集器中，利用采集器的回放功能将打包后混合雷达数字视频通过光模块送给FPGA模块;FPGA通过解包和处理，将该视频信号与相对应的方位信号通过PCI-Express总线送给CPU进一步信号处理，从而实现系统的回放功能。PCI-Express模块的设计。将解复用后的雷达视频信号与相对应的方位信号通过PCI-Express总线传输到CPU模块的内存中，在CPU中作后续的实时雷达信号处理。PCI-Express在传输信息时有以下优点:(1)80MHz12bits采集时，可以做到雷达视频的实时传输;(2)满足传输VTS信息的数据容量和带宽的要求。

利用Matlab2008对采集的数据进行仿真设计，其方位码如图3所示，视频如图4所示。其中，采样频率为80MHz，幅度量化为12bits，方位量化采用13bits量化，距离范围为30nmile，满足船舶交通管理系统信息采集的要求。本文分析了船舶交通管理系统信息采集的设计方法，并采用Matlab对采集的数据进行了仿真分析。实际的使用结果表明，该系统具有实时性好、视频采集的准确率和稳定性高的特点，大大提高了港口管理的智能化程度。