廣西機(jī)電電路CAD實(shí)訓(xùn)報(bào)告文檔

實(shí)訓(xùn)總結(jié)

在周老師的指導(dǎo)下，我們班進(jìn)行了為期一周的電路CAD的制圖集中實(shí)訓(xùn)，主要是針對(duì)原理圖和PCB的繪制。通過(guò)實(shí)訓(xùn)，我們進(jìn)一步掌握protel的應(yīng)用，增強(qiáng)了動(dòng)手操作能力。

時(shí)間過(guò)得真快，轉(zhuǎn)眼，一周的電路CAD實(shí)訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束�，F(xiàn)在回想起剛進(jìn)機(jī)房的那懵懂，自己都覺(jué)得好笑。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，面對(duì)綜合量大點(diǎn)的圖形，竟然不知從何下手。上課是一步一步，一個(gè)一個(gè)命令的學(xué)，課后的聯(lián)系也沒(méi)有涉及到前后的知識(shí)，知識(shí)的連貫性不大，當(dāng)我們進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用時(shí)，發(fā)現(xiàn)之前學(xué)的有點(diǎn)陌生。

剛開(kāi)始，有些浮躁，機(jī)房生活很枯燥，每天呆在機(jī)房5個(gè)小時(shí)，著實(shí)有些吃不消。在擺正心態(tài)后，我開(kāi)始以信的態(tài)度面對(duì)實(shí)訓(xùn)。接下來(lái)的日子里，我一直認(rèn)認(rèn)真真在一旁協(xié)助我的組員繪制每一個(gè)圖，思考每一個(gè)細(xì)節(jié)，作圖步驟，哪怕是一個(gè)很小的問(wèn)題，也都會(huì)很仔細(xì)，在作圖的過(guò)程中的確遇到了不少的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下，一個(gè)一個(gè)的被我們擊破，自己難免會(huì)感到有點(diǎn)驚喜，從而增強(qiáng)了對(duì)protel的興趣。

學(xué)習(xí)最怕的就是缺少興趣，有了興趣和好奇心，做什么是都不會(huì)感到累，于是我不斷從網(wǎng)上搜集資料，補(bǔ)充自己的知識(shí)盲點(diǎn)。

在實(shí)訓(xùn)的一周里我不僅了解到了實(shí)在的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并且，了解到很多課本以外的知識(shí)，這就是“尋根”。欲學(xué)習(xí)一門技術(shù)，必須透徹的了解與它有關(guān)的所有知識(shí)。我們的每畫一個(gè)原理圖就一步一步的漸進(jìn)，從中吸取很多的精華。

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貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院

電路CAD實(shí)習(xí)

報(bào)告冊(cè)

設(shè)計(jì)題目：專業(yè)：指導(dǎo)教師：姓名：學(xué)號(hào)：

201*年6月

摘要

二次雷達(dá)（SecondarySurveillanceRadar）在民航空中交通管制（AirTrafficControl）和軍事敵我識(shí)別（IdentificationFriendorFoe）系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。應(yīng)答解碼系統(tǒng)的性能好壞直接關(guān)系到二次雷達(dá)的使用，影響空中交通管制的安全和軍事作戰(zhàn)結(jié)果。因此，全球各大廠商都投入很大精力，爭(zhēng)相研制性能優(yōu)越的二次雷達(dá)及應(yīng)答解碼處理系統(tǒng)。

本文描述了項(xiàng)目背景和應(yīng)用價(jià)值；闡述了二次雷達(dá)的發(fā)展歷程；簡(jiǎn)介了單脈沖二次雷達(dá)的系統(tǒng)原理；說(shuō)明了ALTERA公司的FPGA結(jié)構(gòu)原理及其主要運(yùn)用；主要論述了單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)的主要功能和硬件算法設(shè)計(jì)；本文也對(duì)單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理處理流程作了簡(jiǎn)要介紹，以便構(gòu)成完整的應(yīng)答解碼系統(tǒng)。

在本項(xiàng)目研制中，應(yīng)答解碼處理系統(tǒng)借鑒軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)思想，采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列芯片F(xiàn)PGA+PC104計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用超大規(guī)模集成電路使應(yīng)答回波解碼處理集成在一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)，做到應(yīng)答解碼SOPC，具有靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng)、集成度高、可靠性高和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；采用PC104體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模塊作為數(shù)據(jù)處理硬件平臺(tái)具有處理能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、通用性好等特點(diǎn)，使系統(tǒng)處理性能大大提高，克服了早期的二次雷達(dá)應(yīng)答解碼處理采用分立元件、中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的性能低、可靠性差和處理能力弱的缺點(diǎn)。

在本項(xiàng)目研制中，本人負(fù)責(zé)單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)方案論證、性能指標(biāo)分析和測(cè)試驗(yàn)證，重點(diǎn)是單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼處理研究和設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)一年多的設(shè)計(jì)調(diào)試和應(yīng)答解碼算法研究，并在整機(jī)上聯(lián)試和長(zhǎng)期進(jìn)行民航班機(jī)的詢問(wèn)觀測(cè)使用，現(xiàn)已通過(guò)專家鑒定，取得了良好成效，整個(gè)項(xiàng)目研制達(dá)到了研制要求和預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蚊}沖二次雷達(dá)，應(yīng)答解碼，數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA

I目錄

目錄

第一章引言..........................................................................................................................1

1.1背景.......................................................................................................................................11.2項(xiàng)目實(shí)用價(jià)值........................................................................................................................11.3國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)..................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。1.4項(xiàng)目目標(biāo)及設(shè)計(jì)內(nèi)容..........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。第二章單脈沖二次雷達(dá)的系統(tǒng)原理...............................................................................................2

2.1系統(tǒng)信號(hào)流程.........................................................................................................................22.2詢問(wèn)模式................................................................................................................................22.3應(yīng)答信號(hào)................................................................................................................................3

2.3.1識(shí)別碼..........................................................................................................................32.3.2高度碼........................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4詢問(wèn)旁瓣抑制.......................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5接收旁瓣抑制.......................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.6單脈沖原理..........................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。第三章應(yīng)答解碼系統(tǒng)的功能和硬件算法設(shè)計(jì)...............................................................................4

3.1FPGA介紹.............................................................................................................................4

3.1.1FPGA的選型..............................................................................................................43.1.2硬件開(kāi)發(fā)工具...........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1.3FPGA硬件資源的應(yīng)用............................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)的主要功能.......................................錯(cuò)誤！未定義書簽。

3.2.1信號(hào)解碼....................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.2系統(tǒng)工作配合............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.3可測(cè)試性設(shè)計(jì)............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。

第四章總結(jié)......................................................................................................................................7致謝....................................................................................................................................................8參考文獻(xiàn)..............................................................................................................................................9在學(xué)期間研究成果............................................................................................................................46

II第一章引言

第一章引言

1.1背景

雷達(dá)是英文Radar單詞的音譯，是RadioDetctionandRanging的縮寫，原意為“無(wú)線電檢測(cè)和測(cè)距”，即用無(wú)線電方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定它們?cè)诳臻g的位置，因此，雷達(dá)也稱為“無(wú)線電定位”。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)的任務(wù)不僅是測(cè)量目標(biāo)的距離、方位和仰角，而且還包括測(cè)量目標(biāo)的速度及目標(biāo)形態(tài)等特性。

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××其缺點(diǎn)是被監(jiān)視的目標(biāo)飛行器必須被安裝相應(yīng)的詢問(wèn)應(yīng)答器[1]。

1.2項(xiàng)目實(shí)用價(jià)值

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

次雷達(dá)整機(jī)聯(lián)試，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)要求；寫成總結(jié)報(bào)告。

在本項(xiàng)目中作者采用了FPGA+PC104的硬件體系結(jié)構(gòu)，完成所有硬件電路的設(shè)計(jì)，并主要致力于以下幾個(gè)方面的工作：1）高速大容量FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)；2）高速ADC的應(yīng)用；3）單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)解碼算法研究。

電路CAD實(shí)習(xí)

本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容安排如下：

第一章項(xiàng)目的研制背景、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及研究?jī)r(jià)值等。第二章單脈沖二次雷達(dá)的系統(tǒng)原理。

第三章應(yīng)答解碼系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)原理、算法和實(shí)現(xiàn)方法。第四章應(yīng)答解碼系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)原理和算法流程。第五章試驗(yàn)結(jié)果。第六章總結(jié)。

第二章單脈沖二次雷達(dá)的系統(tǒng)原理

第二章單脈沖二次雷達(dá)的系統(tǒng)原理

本章結(jié)合本項(xiàng)目研制的單脈沖二次雷達(dá)樣機(jī)，介紹單脈沖二次雷達(dá)系統(tǒng)的主要原理。

2.1系統(tǒng)信號(hào)流程

Σ天線ΔΩ發(fā)射機(jī)/接收機(jī)模擬視頻STC、1bit視頻標(biāo)志、和差數(shù)據(jù)解混淆、誤碼、干擾、RSLS置信度、RSLS視頻處理數(shù)字視頻應(yīng)答處理應(yīng)答報(bào)告抑制假應(yīng)答非同步干擾進(jìn)一步抑制遺留干擾目標(biāo)航跡報(bào)告應(yīng)答相關(guān)原始目標(biāo)報(bào)告航跡相關(guān)終端顯示

圖2－1單脈沖二次雷達(dá)工作流程圖

2.2詢問(wèn)模式

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

電路CAD實(shí)習(xí)

××××××××××××××××××××××××××××

2.3應(yīng)答信號(hào)

空中飛行目標(biāo)的應(yīng)答器在收到一個(gè)正確的詢問(wèn)模式脈沖后，根據(jù)詢問(wèn)模式自動(dòng)應(yīng)答一串脈沖，這串脈沖就叫做應(yīng)答碼，其信號(hào)形式如圖2－3所示[3]。

碼位1.45μs0.45μs4.35μsA4XB1D1B2D2B4D4F2SP1F1C1A1C2A2C4××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

假如以移動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)(x，y)為圓心半徑為r的圓內(nèi)，出現(xiàn)的概率為50%，那么這個(gè)半徑r就被稱之為圓概率誤差。CEP有以下幾種估算式（設(shè)xy）。

221/2CEP0.75(xy)(2-19)

法中(2-18)式精度最高，誤差小于1%，式(2-19)和式(2-10)計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單但是誤差高一些一般誤差小于10%。

2.3.1識(shí)別碼

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××2.3.1.1識(shí)別碼的作用

20.35μs示例F1A1A2B2D4F201*10000010011A4:A2:A1B4:B2:B1C4:C2:C1D4:D2:D1二進(jìn)制0:1:10:1:00:0:01:0:0示例：代碼3204十進(jìn)制3204

圖2－3應(yīng)答信號(hào)

×××××××××××××××××××××××××××××

CEP0.563max(x,y)0.614min(x,y)(2-20)

其中x和y分別為定位結(jié)果在X坐標(biāo)上和Y坐標(biāo)上的方差，上面幾種估計(jì)方

第四章數(shù)據(jù)處理軟件算法設(shè)計(jì)原理

第三章應(yīng)答解碼系統(tǒng)的功能和硬件算法設(shè)計(jì)

3.1FPGA介紹

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

3.1.1FPGA的選型

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

××××××××××××××××××××××××××××Stratix系列FPGA的簡(jiǎn)要特性見(jiàn)表3－1所示[4]。

表3－1StratixFPGA系列

特性邏輯單元LEM512RAMM4KRAMM-RAMDSP塊鎖相環(huán)最大用戶I/OEP1S10105709460166426EP1S201*460194822106586EP1S25256602241382106706EP1S303247029517141210726EP1S404125038418341412822EP1S6057120574292618121022EP1S8079040767364922121238

第四章數(shù)據(jù)處理軟件算法設(shè)計(jì)原理

第四章數(shù)據(jù)處理軟件算法設(shè)計(jì)原理

4.1點(diǎn)/航跡處理

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

第五章試驗(yàn)結(jié)果

第五章試驗(yàn)結(jié)果

作為一個(gè)課題和研制產(chǎn)品，在完成解碼算法研究和功能設(shè)計(jì)后，要進(jìn)行各項(xiàng)性能的詳細(xì)測(cè)試，這主要包括應(yīng)答解碼測(cè)試和整機(jī)使用驗(yàn)證。

5.1應(yīng)答解碼系統(tǒng)試驗(yàn)

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

第六章總結(jié)

第六章總結(jié)

早期的二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)多采用分立元件、中小規(guī)模集成電路和可編程芯片設(shè)計(jì)，在本項(xiàng)目研制中應(yīng)答解碼采用先進(jìn)的可編程FPGA設(shè)計(jì)，使應(yīng)答解碼做到SOPC，具有靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng)、集成度高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[19]。本FPGA的系統(tǒng)時(shí)鐘是20MHz，極大地提高了應(yīng)答解碼的處理速度和精度。整個(gè)FPGA資源統(tǒng)計(jì)如下：

邏輯資源利用率略大于50％；引腳利用率80％；存儲(chǔ)器利用率66％；

DSP利用率6％。在本應(yīng)答解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用PC104體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模塊作為數(shù)據(jù)處理硬件平臺(tái)，具有處理能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高和通用性好等特點(diǎn)，使系統(tǒng)處理能力大大提高，數(shù)據(jù)處理能力達(dá)到的指標(biāo)為：

點(diǎn)跡處理能力：≥10000點(diǎn)/10s；航跡處理能力：≥300批/10s。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年多時(shí)間的系統(tǒng)測(cè)試和工作使用，單脈沖二次雷達(dá)及其應(yīng)答解碼系統(tǒng)研制達(dá)到了預(yù)期的效果，現(xiàn)已經(jīng)過(guò)所級(jí)專家鑒定，其整體性能指標(biāo)已超過(guò)了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品水平，為我所S模式的單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)的建議：

利用和、差兩路回波幅度信息，提取在多目標(biāo)應(yīng)答回波交疊的情況下各

應(yīng)答代碼及置信度，提高應(yīng)答混淆情況下的代碼提取準(zhǔn)確性；

根據(jù)反射應(yīng)答碼在距離和回波幅度等特點(diǎn)，加強(qiáng)在強(qiáng)反射環(huán)境下的應(yīng)答

反射代碼自動(dòng)抑制；

進(jìn)一步研究S模式的單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答解碼系統(tǒng)。

致謝

致謝

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

參考文獻(xiàn)

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