0 导言
跟着科学技能的飞速发展，在军事、航空航天和测验及丈量等范畴，人们对数据收集体系的采样精度、采样率和存储量等方针提出了更高的要求。传统的收集器材运用起来很不便利，其局限性十分显着，明显现已不能适应现代技能发展的需求。现在，跟着集成电路技能的前进，大规模和超大规模的可编程逻辑器材在实践体系规划中得到广泛的运用。因为其集成度高、功耗低、规划灵敏、功率高级优势，一起器材具有用户可编程特性，可大大缩短体系规划周期，削减规划费用，下降危险投入，并且部分器材还具有在线可编程的才能。
在此介绍一种雷达中/视频数据收集记载体系，它的中心技能是运用高速可编程逻辑门阵列FPGA对雷达方针回波进行高速实时收集，并将继续收集来的信号数据记载在核算机硬盘上，以供后续数据处理需求。本体系的特点是：小型化，便于带着，衔接便利，操作简略，记载时间长，采样率高，数据传输率高，动态规模大（12位A/D分辨率），并选用正交双通道收集办法，彻底符合高速大容量雷达信号收集记载的需求。
1 体系组成与作业原理
体系首要由核算机和体系收集硬件组成，体系收集硬件由一块带有双路高速A/D和USB接口电路的底板和一块带有FPGA的中心板组成。雷达数据收集记载体系的作业流程如图1所示。
体系以台式PC作为收集主控设备，雷达中/视频回波信号经A/D转化器进行模数转化，再由FPGA操控的中心收集模块来完结数据的收集量化，收集模块能够依据来自雷达体系的时钟、同步触发信号来操控对雷达回波信号的收集，然后将收集到的数据经过缓冲模块送给USB，USB接口将数据打包传送到台式电脑的硬盘上以供显现和处理运用。
FPGA与上位机间的数据交换是完成体系功用的重要一环。一方面，FPGA在完结对收集数据的抽取和缓冲后，选用高速的USB 2.0传输办法将数据实时地传输给上位机，使数据处理能够次序进行;另一方面，数据收集模块的某些参数由上位机操控面板设置后经总线传送给FP-GA。
2 硬件电路板规划
在本体系中，FPGA中心板担负着数据存储，数据传输操控的使命，是本体系最为要害的部分，归纳考虑体系资源和FPGA价格，挑选Xi-linx公司的Spartan-Ⅱ系列XC2S200芯片较为适合，由电源转化芯片LT1764为FPGA供给安稳的电源电压。其最小体系框图如图2所示。
XC2S200是推出的性价比更好的Spartan-Ⅱ系列FPGA产品中的一款，有着老练的Virtex-E架构，内核电压选用1.8 V，体系功用可到达200 MHz，体系门数为200 000体系门，内部包含适量的分块RAM（Block-RAM）。该芯片支撑丰厚的接口规范。本体系选用ADI公司的AD9224为A/D转化芯片，完结双路A/D采样功用。其采样频率为40 MHz，选用位数达12位，片内集成高功用的采样坚持放大器和参阅电压源，具有纠正过错输出的逻辑功用，精确供给了在40 MSPS采样率下12位的输出数据，确保在彻底能够运作的温度规模内无漏码。
高速的数据收集速度是确保数据收集精度的规范，但往往在数据处理时并不需求以相同的速度来进行，不然对硬件的需求太高，本钱也较高。这儿选用同步FIFO、SRAM、异步FIFO相结合的办法完成了对收集数据的缓冲处理。一起，因为数据的传输速度大于AD的采样速度，确保了收集的数据在传输时无遗失。
3 软件规划
3.1 FPGA程序规划
本体系选用了同步FIFO A、异步FIFO B和缓冲SRAM相结合的规划办法，一起构本钱体系的数据缓冲模块。整个体系的具体规划流程如图3所示。
3.1.1 数据收集模块规划
雷达信号收集技能中，收集时序操控与实时数据传输是要害也是技能的难点地点。为确保收集的接连性，规划中选用了FPGA内部双FIFO的缓冲技能、外置专用缓冲芯片技能与核算机共用缓冲区环行存储技能。该模块的具体软件规划流程如图4所示。
3.1.2 数据缓冲模块规划
数据缓冲模块规划了同步FIFO A和异步FIFO B。其间FIFO A的一端接纳A/D转化数据，另一端将数据传输给外部SRAM;FIFO B的一端接纳SRAM的数据，另一端将数据传输给USB单片机的FIFO。
3.1.3 测频模块规划
依据传统测频原理的频率计的丈量精度将随被测信号频率的下降而下降，在有用中有较大的局限性，而等精度频率计不光具有较高的丈量精度，并且在整个频率区域能坚持安稳的丈量精度。归纳考虑，本体系选用等精度频率计的丈量办法。其根本流程图如图5所示。
3.1.4 测电压模块规划
收集信号经A/D变换器量化编码今后，能够依据量化得到的成果进行信号起伏值的核算。一起考虑到收集到的信号尤其是正弦波、三角波等信号在丈量时会产生颤动，所以在进行电压丈量时，选用了取平均值和对信号进行滑润处理相结合的办法进步测电压的精度，规划完成对信号峰峰值、平均值的丈量。
3.2 运用程序规划
在规划上，当USB驱动程序安装好今后，运用程序调用线程获取该设备的有用句柄，从而就能够与WDM进行通讯。接口数据格局的界说咱们选用结构数据包的方式，首要规划一个C言语的结构，把要进行通讯的参数依照与VHDL言语相同的次序排列，然后在USB通讯协议上，对这些参数进行数据包格局的设定。规划收集数据的寄存问题时，咱们调用线程把传送来的数据数组依照“*.dat”的数据格局进行存储，在回放显现时，把数据从“*.dat”中读到预界说的数组中进行调用，整个运用程序的规划流程如图6所示。
规划虚拟仪器的首要作业便是编写运用软件，在此选用Visual C++进行了操控面板的规划。考虑到信号参数的设置把面板分为2大部分：收集参数设定部分和显现操控部分，其间，前者的首要功用是把参数传到硬件中心处理部分。而后者的首要功用是担任面板上NTGraph控件显现参数的设置，运用程序操控及显现面板如图7所示。
4 体系调试和测验
在完结了体系的硬件规划和软件规划今后，需求进行归纳调试和测验。经过调试，不断优化程序代码，对程序中的问题及时更正批改，使体系的功用得以进步，作业状况愈加安稳。测验的过程中能够批改电路中元器材的参数等，避免理论剖析与实践状况的距离引起体系的参数不符合要求。现在，本体系能够完成对多种类型的雷达进行实践外场数据收集。图8，图9分别为本体系收集到的某部岸基对海戒备雷达（全相参脉冲紧缩体系）的单路中频（未经脉冲紧缩处理）和双路正交视频（经过脉冲紧缩处理）回波信号。
试验标明该体系彻底满意所提出的方针要求，能够做到大容量高速接连收集，并且安稳牢靠，收集所得到的数据能够满意信号处理和方针辨认的要求。
5 结语
研讨了雷达中/视频数据收集与回放体系的总体方案，即由信号调度模块、中心收集模块、缓冲模块、传输模块和运用程序显现模块组成。FPGA与上位机间的数据交换经过USB 2.0接口完成，并运用虚拟技能，选用了Visual C++言语规划体系的核算机实时显现界面。规划中运用硬件描绘言语对FPGA进行编程，在完结了对输入信号的收集和记载的一起，完成了对输入信号的防颤动、过零检测、等精度测频及电压最值、峰峰值平和均值的丈量，使得该体系能对信号参数进行精确丈量。该体系被封装于一个小型的屏蔽盒内，十分便于带着，可便利运用于外场雷达的数据收集。
