五寸手持機(jī)的雷達(dá)數(shù)據(jù)采集與控制

雷達(dá)是利用無線電波來測(cè)定物體位置的無線電設(shè)備。雷達(dá)(radar)原是“無線電探測(cè)與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測(cè)感興趣的目標(biāo)，測(cè)定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)(包括信號(hào)處理機(jī))和顯示器等部分組成。

雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測(cè)距分辨力與精度、測(cè)角分辨力與精度、測(cè)速分辨力與精度、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性等。其中，作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積，并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力(雷達(dá)散射截面積的大小)等因素有關(guān)。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域。

雷達(dá)的種類：

Ø 按照雷達(dá)信號(hào)形式分類，有脈沖雷達(dá)，連續(xù)波雷達(dá)，脈部壓縮雷達(dá)和頻率捷變雷達(dá)等。

Ø 按照角跟蹤方式分類，有單脈沖雷達(dá)，圓錐掃描雷達(dá)和隱蔽圓錐掃描雷達(dá)等。

Ø 按照目標(biāo)測(cè)量的方式分類，有測(cè)高雷達(dá)，二坐標(biāo)雷達(dá)，三坐標(biāo)雷達(dá)和敵我識(shí)別雷達(dá)，多站雷達(dá)等。

Ø 按照雷達(dá)采用的技術(shù)和信號(hào)處理的方式有相參積累和非相參積累，動(dòng)目標(biāo)顯示，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，脈沖多普勒雷達(dá)，合成孔徑雷達(dá)，邊掃描邊跟蹤雷達(dá)。

Ø 按照天線的掃描方式分類，分為機(jī)械掃描雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)等。

Ø 按照雷達(dá)頻段分類，可分為超視距雷達(dá)，微波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等。

發(fā)展趨勢(shì)

雷達(dá)的工作頻段將繼續(xù)向電磁頻譜的兩端擴(kuò)展;應(yīng)用微電子學(xué)和固態(tài)技術(shù)成果，將實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的小型化;利用計(jì)算機(jī)管理和控制雷達(dá)，將實(shí)現(xiàn)操作、校準(zhǔn)、性能和故障檢測(cè)的自動(dòng)化，并發(fā)展自適應(yīng)抗干擾技術(shù);在中小型地面、艦載、機(jī)載雷達(dá)中，相控陣技術(shù)將獲得廣泛應(yīng)用,以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的多功能;將提高雷達(dá)對(duì)目標(biāo)實(shí)際形象、尺寸大小、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和誘餌識(shí)別的能力，增強(qiáng)雷達(dá)抗核襲擊和抗反輻射導(dǎo)彈摧毀的能力;并將發(fā)展新的雷達(dá)體制如多基地雷達(dá)、無源雷達(dá)、擴(kuò)頻雷達(dá)、噪聲雷達(dá)等。

雖然目前的雷達(dá)測(cè)量精度高、體積偏小、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)但都必須依賴計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，而且必須手動(dòng)校準(zhǔn)，所以如何實(shí)現(xiàn)操作、校準(zhǔn)、性能和故障檢測(cè)的自動(dòng)化?成了雷達(dá)更新?lián)Q代的一大難題。辰漢電子基于以往雷達(dá)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)的要求，綜合考慮21世紀(jì)的信息化發(fā)展的大局觀，解決目前雷達(dá)在野外工作校準(zhǔn)難，性能不穩(wěn)定，容易發(fā)生故障，自主研發(fā)一款五寸便攜式雷達(dá)主控手持機(jī)，該產(chǎn)品由信號(hào)采集模塊、電源管理模塊、存儲(chǔ)模塊等組成;整機(jī)采用Android4.4.0以上操作系統(tǒng)，使用Cotex-A9，四核處理器，1GHz主頻，2G RAM，極大的優(yōu)化了數(shù)據(jù)采集和大數(shù)據(jù)的不間斷處理，技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、功能完善、使用方便且可靠性高;采用GPS/北斗雙模能快速有效縮短雷達(dá)的定位時(shí)間;大容量軍規(guī)級(jí)可拆卸式電池設(shè)計(jì)，在-40到70度溫度環(huán)境中，可連續(xù)待機(jī)8到10小時(shí)，續(xù)航能力強(qiáng)，整機(jī)防水防摔設(shè)計(jì)，軍用緊密航空防水連接器，防誤插設(shè)計(jì)，使得雷達(dá)手持機(jī)不管在多么惡劣的環(huán)境下，都能正常工作。辰漢電子五寸雷達(dá)手持機(jī)的研制成功與裝備部隊(duì)是對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)的重要補(bǔ)充,對(duì)提升雷達(dá)的戰(zhàn)斗力具有重要意義,具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。

工作原理

雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作時(shí)，首先通過打開手持機(jī)應(yīng)用軟件將雷達(dá)設(shè)備啟動(dòng)，然后將工作參數(shù)傳送給數(shù)據(jù)采集卡，完成對(duì)雷達(dá)各項(xiàng)參數(shù)的控制。命令被響應(yīng)后，雷達(dá)開始正常工作。采集卡將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過采集控制和傳輸控制后傳送給手持機(jī)。數(shù)據(jù)采集控制:數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)主機(jī)設(shè)置的參數(shù)采集雷達(dá)信號(hào)。首先將模擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括濾波處理和增益控制等，以去除模擬信號(hào)中的噪聲，使模擬信號(hào)的幅度適于進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換。然后進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換，對(duì)模擬信號(hào)采樣，得到數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡在接收探地雷達(dá)傳來的模擬視頻信號(hào)的同時(shí)，還接收幀同步信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡將轉(zhuǎn)換得到的A - scan (A - scan:探地雷達(dá)在一個(gè)測(cè)量位置探測(cè)獲取的一維時(shí)域波形圖)數(shù)據(jù)與幀同步數(shù)據(jù)混合，然后存入FIFO。數(shù)據(jù)傳輸控制:計(jì)算機(jī)通過USB接口對(duì)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行訪問，并讀取FIFO 中的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的訪問是通過查詢方式完成的。數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)置的FIFO容量設(shè)計(jì)為32K ×9bit，如果計(jì)算機(jī)沒有及時(shí)讀走FIFO內(nèi)的數(shù)據(jù)，F(xiàn)IFO就會(huì)出現(xiàn)溢出錯(cuò)誤。所以查詢的時(shí)間間隔要滿足在該間隔內(nèi)采集的數(shù)據(jù)不能大于FIFO的容量;另一方面，查詢間隔太短，會(huì)加大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，影響計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的速度，所以要選取適當(dāng)?shù)牟樵冮g隔。以數(shù)據(jù)采集卡的最快采集速度為例進(jìn)行計(jì)算: 每個(gè)scan的采樣點(diǎn)數(shù)為1024，采樣速率為512 scan / s，每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2字節(jié)。這樣在1 s內(nèi)采集數(shù)據(jù)的大小為1024 ×2B ×512 = 1MB。在這樣的采樣率下，經(jīng)32ms采集的數(shù)據(jù)就可將FIFO 裝滿，考慮到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其它因素可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖璧K，將查詢間隔設(shè)為20ms。此時(shí)既可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，又可?jié)約手持機(jī)系統(tǒng)的資源。

原理框圖(如下圖所示)

應(yīng)用軟件框架結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，硬件設(shè)備會(huì)將采集的數(shù)據(jù)源源不斷地傳回主機(jī)事先開辟的緩存內(nèi)，接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而檢測(cè)每一幀數(shù)據(jù)的幀頭，將檢測(cè)到的每一幀數(shù)據(jù)存放入另一塊緩存，進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)，用于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)操作，并將事先開辟的緩存做清空處理，準(zhǔn)備接收新的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序流程圖下圖所示。

其他應(yīng)用

在科技日新月異的今天，手持式設(shè)備隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微電子與固體電子技術(shù)、信息技術(shù)、大規(guī)模集成電路科技的發(fā)展不斷發(fā)展，功能也越來越強(qiáng)大。與此同時(shí)，手持式設(shè)備在嵌入式開發(fā)、低功耗性能、大容量存儲(chǔ)等方面的不斷突破，使得小型化設(shè)備為代表的智能新硬件進(jìn)入新的時(shí)代，然辰漢電子五寸手持機(jī)雷達(dá)已經(jīng)不僅局限于軍用，也廣泛用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，從執(zhí)法部門實(shí)施的汽車系統(tǒng)和速度監(jiān)控到空中交通管制、天氣和海上監(jiān)控。辰漢電子研發(fā)的雷達(dá)便攜化智能設(shè)備為汽車高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)、無人飛行器(UAV)防撞保護(hù)和其它工業(yè)的應(yīng)用提供了理想解決方案。