專利名稱：基于usb的雷達通道擴展裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于USB的雷達通道擴展裝置，具體地說，是在四通 道高頻表面波雷達接收機的基礎上完成的通道擴展裝置。
背景技術：
武漢大學電波傳播實驗室研制的高頻表面波雷達是探測江河湖泊表面風、 浪、流場和低速移動目標等環境要素的先進雷達系統。該雷達接收機采用了多 通道接收技術及陣列信號處理技術，從而獲得豐富的海洋狀態信息。該雷達系統接收機的工作過程是進入每一接收通道的回波信號經過濾波、混頻后送入14位模數轉換器(ADC)中進行帶通采樣。采樣得到的數字信號送 入現場可編程邏輯器件(FPGA)進行處理，如數字正交混頻、濾波、數據率抽 取，快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform ， FFT)等。處理后的信號傳 輸到PC機，以進行進一步的信號處理和結果表征。該雷達系統采用單極子天線作為接收天線，每一個接收通道對應一根單極 子天線。在該雷達接收機系統中，單片現場可編程邏輯器件(FPGA)需要同時 完成四個通道的雷達數據的處理，占去了芯片的極大部分的資源，從而限制了 接收機通道數目進一步的擴展。而在實際應用中，接收機通道常常需要根據探測 要求進行調整。若直接在接收機上改變通道數需要重新設計接收機電路，成本 高，開發周期長，因此，我們需要一種靈活配置通道數的方式。USB全稱是"通用串行總線"，是一種新興的計算機外圍串行通信接口標準, 它具有易擴展、支持熱插拔、速度快、傳輸可靠、成本低等特點。利用USB總 線進行通道擴展，既可以滿足雷達數據傳輸的速度和可靠性要求，還可以實現 雷達接收機靈活方便的通道配置。發明內容本實用新型的目的就在于提供一種基于USB的雷達通道擴展裝置，實現雷 達接收機通道方便快捷的擴展。本實用新型的目的是這樣實現的 一種基于USB的雷達通道擴展裝置，其 特征在于采用USB總線作為雷達接收機與PC主機的通信總線，將多個接收機 單元用USB集線器并聯連接起來，其中一個接收機單元為主控接收機單元，其 他接收機單元為擴展接收機單元，USB集線器與PC機相連；每個接收機單元由接收機、數據存儲器、USB接口芯片組成，其中接收機、 數據存儲器、USB接口芯片依次連接；所有接收機單元的USB接口芯片通過USB電纜與USB集線器連接；主控接收機單元中的USB接口芯片與所有接收機單元(包括主控接收機單 元、擴展接收機單元)中的接收機連接，用來輸出接收機內部的同步控制器的 使能信號。如上所述的基于USB的雷達通道擴展裝置，其特征在于 USB接口芯片選用賽普拉斯公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。本實用新型的工作原理是-所有接收機單元中的USB接口芯片通過USB連接電纜、USB集線器與PC主 機連接。USB接口芯片與PC主機的任何通信信號均由USB連接電纜、USB集線 器負責轉發。每個接收機單元的USB接口芯片具有不同的產品序列號(PID),雷達PC主 機根據不同的PID區別出各個接收機單元。在雷達運行初始階段，PC主機向主控接收機單元中的USB接口芯片發出信 號，通知其向主控接收機及各個擴展接收機單元同時發出同步控制器的使能信 號，從而同時啟動所有接收機內部的同步控制器并使其同步工作。在雷達每個工作周期內，各個接收機單元中的接收機將采集并處理后的數 據存儲到數據存儲器內，再由PC主機依次通知每個接收機單元中的USB接口芯 片將數據讀入并傳輸到PC主機。本實用新型具有以下優點和積極效果1、 擴展方便。由于USB具有熱插拔、即插即用的特點，用戶可以在PC機 開機的情況下，對接收機進行連接和斷開操作。并且通過USB集線器， 一個USB 主控制器最多可以連接126個外圍設備。因此，可以靈活地實現多臺接收機系 統的各種組合。2、 成本低。各臺雷達接收機電路相同，實現通道擴展時無需重新設計電路， 降低了開發成本，縮短了開發周期。
圖1是本實用新型實施例的結構框圖。
具體實施方式
圖1中標記的說明 1、 2、 3、 4一接收機；5、 6、 7、 8—數據存儲器，用于緩存接收機輸出數據； 9、 10、 11、 12—USB接口芯片； 13、 14、 15、 16—USB連接電纜;17— USB集線器；18— PC主機；19一主控接收機單元；20、 21、 22—擴展接收機單元。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做詳細說明1、 結構本實施例的基于USB的雷達通道擴展裝置，采用USB總線作為雷達接收機 與PC主機的通信總線，將4個接收機單元用USB集線器并聯連接起來，其中一 個接收機單元為主控接收機單元，其他3個接收機單元為擴展接收機單元，USB 集線器與PC機相連；所有接收機單元的同步控制器的使能信號由主控接收機單元的USB接口芯 片產生；每個接收機單元由接收機、數據存儲器、USB接口芯片組成，其中接收機、 數據存儲器、USB接口芯片依次連接，接收機內部的同步控制器負責發出同步控 制信號，以管理接收機內各組成部分的運行時序，同步控制器由使能信號啟動； 4個接收機單元的USB接口芯片通過USB電纜與USB集線器連接； 主控接收機單元中的USB接口芯片與4個接收機單元(包括主控接收機單 元、擴展接收機單元)中的接收機連接，用來輸出接收機內部的同步控制器的 使能信號。2、 電路連接如圖1,本實施例包括接收機1、 2、 3、 4,數據存儲器5、 6、 7、 8， USB 接口芯片9、 10、 11、 12, USB連接電纜13、 14、 15、 16, USB集線器17， PC 主機18;其中，接收機l、數據存儲器5、 USB接口芯片9依次連接，組成主控接收 機單元19;接收機2、數據存儲器6、 USB接口芯片10依次連接，組成擴展接收機單元20;接收機3、數據存儲器7、 USB接口芯片11依次連接，組成擴展接收機單元21;接收機4、數據存儲器8、 USB接口芯片12依次連接，組成擴展接收機單元22;USB接口芯片9、 USB連接電纜13、 USB集線器17依次連接，USB接口芯片 10、 USB連接電纜14、 USB集線器17依次連接，USB接口芯片11、 USB連接電 纜15、 USB集線器17依次連接，USB接口芯片12、 USB連接電纜16、 USB集線 器17依次連接，從而實現各個接收機單元的并聯連接；USB集線器17與PC主機18連接；USB接口芯片9與接收機1連接，USB接口芯片9與接收機2連接，USB接 口芯片9與接收機3連接，USB接口芯片9與接收機4連接。3、 工作方式各個接收機單元中的USB接口芯片與PC主機的任何通信信號均由USB連接 電纜、USB集線器負責傳遞。每個接收機單元的USB接口芯片具有不同的產品序 列號(PID)，雷達PC主機18通過PID區別出各個接收機單元。在雷達運行初始階段，PC主機18向主控接收機單元19中的USB接口芯片 9發出信號，通知其向主控接收機單元中的接收機1及擴展接收機單元中的接收 機2、 3、 4同時發出同步控制器使能信號，從而啟動所有接收機的同步控制器 并使其同步工作。在每個工作周期內，詳細工作流程如下① 主控接收機單元中的接收機1采集并處理完信號后，首先將數據存儲器5 清空，然后將處理后的數據暫存在數據存儲器5中；同樣的，擴展接收機單元 中的接收機2、 3、 4也分別將處理后的數據存放在對應的數據存儲器6、 7、 8 中；② PC主機18向主控接收機單元19中的USB接口芯片9發出信號，通知USB 接口芯片9從數據存儲器5中將數據讀入；③ PC主機18將數據從USB接口芯片9中讀入；④ PC主機18向擴展接收機單元20中的USB接口芯片10發出信號,通知USB 接口芯片10從數據存儲器6中將數據讀入；⑤ PC主機18將數據從USB接口芯片10中讀入；⑥ PC主機18向擴展接收機單元21中的USB接口芯片11發出信號，通知USB 接口芯片11從數據存儲器7中將數據讀入；⑦ PC主機18將數據從USB接口芯片11中讀入；⑧ PC主機18向擴展接收機單元22中的USB接口芯片12發出信號,通知USB 接口芯片12從數據存儲器8中將數據讀入；⑨ PC主機18將數據從USB接口芯片12中讀入。4、 USB接口芯片本實施例中的USB接口芯片選用Cypress公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。 EZ-USB FX2LP芯片支持12Mb/s的全速傳輸和480Mb/s的高速傳輸，可使用4種USB傳輸方式控制傳輸、中斷傳輸、塊傳輸和同步傳輸。該芯片主要包括 USB2. 0收發器、串行接口引擎(SIE)、增強型8051、 8. 5KB的隨機存儲器(RAM)、 4KB的先進先出(FIFO)存儲器、1/0口、數據總線、地址總線和通用可編程接口 (GPIF)等部分。其中，串行接口引擎(SIE)負責完成串行數據的編解碼、差錯 控制、位填充等與USB協議有關的功能。增強型8051作為EZ-USB FX2LP的內 部處理器(CPU)，主要負責控制芯片的外圍連接。EZ-USBFX2LP提供了從屬先進先出(SlaveFIFO)和通用可編程接口 (GPIF) 兩種髙速傳輸方式當EZ-USB FX2LP工作于從屬先進先出模式時，外圍電路可 以像普通先進先出存儲器一樣對EZ-USB FX2LP中的端點數據緩沖區進行讀寫； 當EZ-USB FX2LP工作于GPIF模式下時，EZ-USB FX2LP可由軟件來編程輸出讀 寫控制波形。這時，它幾乎可以對任何通用總線接口進行訪問。在實際應用中 可靈活選用不同的數據傳輸方式。在本實施例中，通過對EZ-USB FX2LP內部的增強型8051編程，實現USB 接口芯片9發出接收機內的同步控制器的使能信號的功能；采用GPIF高速傳輸 模式，實現USB接口芯片從數據存儲器中將數據讀入的功能。5、雷達接收機本實施例中的雷達接收機為四通道高頻表面波雷達接收機。 該雷達系統采用單極子天線作為接收天線，每一個接收通道對應一根單極 子天線，每臺接收機共有四個接收通道。在接收機內部，進入每一接收通道的 回波信號首先經過濾波、混頻后送入14位模數轉換器(ADC)中進行帶通采樣。 采樣得到的數字信號送入現場可編程邏輯器件(FPGA)進行處理，如數字正交 混頻、濾波、數據率抽取，快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform , FFT) 等。因此，單片現場可編程邏輯器件(FPGA)需要同時完成四個通道的雷達數 據的處理，占去了芯片的極大部分的資源，限制了接收機通道數目進一步的擴 展。采用本實用新型所提供的裝置，大為簡化了接收機通道數目的擴展。本實施例中的四通道高頻表面波雷達接收機的同步控制器由現場可編程邏 輯器件(FPGA)實現，它負責發出同步控制信號，以管理接收機內各組成部分 的運行時序，同步控制器由一個使能信號啟動。
權利要求1、一種基于USB的雷達通道擴展裝置，其特征在于采用USB總線作為雷達接收機與PC主機的通信總線，將多個接收機單元用USB集線器并聯連接起來，其中一個接收機單元為主控接收機單元，其他接收機單元為擴展接收機單元，USB集線器與PC機相連；每個接收機單元由接收機、數據存儲器、USB接口芯片組成，其中接收機、數據存儲器、USB接口芯片依次連接；所有接收機單元的USB接口芯片通過USB電纜與USB集線器連接；主控接收機單元中的USB接口芯片與所有接收機單元中的接收機連接，用來輸出接收機內部的同步控制器的使能信號。
2、 按權利要求1所述的基于USB的雷達通道擴展裝置，其特征在于 USB接口芯片選用賽普拉斯公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種基于USB的雷達通道擴展裝置，包括多個雷達接收機、數據存儲器、USB接口芯片組成的接收機單元，還包括USB連接電纜、USB集線器，PC主機。所有接收機單元的USB接口芯片通過USB連接電纜與USB集線器連接；USB集線器與PC主機相連；主控接收機單元中的USB接口芯片與所有接收機單元(包括主控接收機單元、擴展接收機單元)中的接收機連接。USB接口芯片選用賽普拉斯公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。雷達接收機選用四通道高頻表面波雷達接收機。本實用新型使用方便，擴展靈活，成本低，適用于雷達通道擴展。
文檔編號G01S7/285GK201218843SQ200820065778
公開日2009年4月8日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者文必洋, 靜 楊, 王才軍 申請人:武漢大學