专利名称：基于usb的雷达通道扩展装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于USB的雷达通道扩展装置，具体地说，是在四通 道高频表面波雷达接收机的基础上完成的通道扩展装置。
背景技术：
武汉大学电波传播实验室研制的高频表面波雷达是探测江河湖泊表面风、 浪、流场和低速移动目标等环境要素的先进雷达系统。该雷达接收机采用了多 通道接收技术及阵列信号处理技术，从而获得丰富的海洋状态信息。该雷达系统接收机的工作过程是进入每一接收通道的回波信号经过滤波、混频后送入14位模数转换器(ADC)中进行带通采样。采样得到的数字信号送 入现场可编程逻辑器件(FPGA)进行处理，如数字正交混频、滤波、数据率抽 取，快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform ， FFT)等。处理后的信号传 输到PC机，以进行进一步的信号处理和结果表征。该雷达系统采用单极子天线作为接收天线，每一个接收通道对应一根单极 子天线。在该雷达接收机系统中，单片现场可编程逻辑器件(FPGA)需要同时 完成四个通道的雷达数据的处理，占去了芯片的极大部分的资源，从而限制了 接收机通道数目进一步的扩展。而在实际应用中，接收机通道常常需要根据探测 要求进行调整。若直接在接收机上改变通道数需要重新设计接收机电路，成本 高，开发周期长，因此，我们需要一种灵活配置通道数的方式。USB全称是"通用串行总线"，是一种新兴的计算机外围串行通信接口标准, 它具有易扩展、支持热插拔、速度快、传输可靠、成本低等特点。利用USB总 线进行通道扩展，既可以满足雷达数据传输的速度和可靠性要求，还可以实现 雷达接收机灵活方便的通道配置。发明内容本实用新型的目的就在于提供一种基于USB的雷达通道扩展装置，实现雷 达接收机通道方便快捷的扩展。本实用新型的目的是这样实现的 一种基于USB的雷达通道扩展装置，其 特征在于采用USB总线作为雷达接收机与PC主机的通信总线，将多个接收机 单元用USB集线器并联连接起来，其中一个接收机单元为主控接收机单元，其 他接收机单元为扩展接收机单元，USB集线器与PC机相连；每个接收机单元由接收机、数据存储器、USB接口芯片组成，其中接收机、 数据存储器、USB接口芯片依次连接；所有接收机单元的USB接口芯片通过USB电缆与USB集线器连接；主控接收机单元中的USB接口芯片与所有接收机单元(包括主控接收机单 元、扩展接收机单元)中的接收机连接，用来输出接收机内部的同步控制器的 使能信号。如上所述的基于USB的雷达通道扩展装置，其特征在于 USB接口芯片选用赛普拉斯公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。本实用新型的工作原理是-所有接收机单元中的USB接口芯片通过USB连接电缆、USB集线器与PC主 机连接。USB接口芯片与PC主机的任何通信信号均由USB连接电缆、USB集线 器负责转发。每个接收机单元的USB接口芯片具有不同的产品序列号(PID),雷达PC主 机根据不同的PID区别出各个接收机单元。在雷达运行初始阶段，PC主机向主控接收机单元中的USB接口芯片发出信 号，通知其向主控接收机及各个扩展接收机单元同时发出同步控制器的使能信 号，从而同时启动所有接收机内部的同步控制器并使其同步工作。在雷达每个工作周期内，各个接收机单元中的接收机将采集并处理后的数 据存储到数据存储器内，再由PC主机依次通知每个接收机单元中的USB接口芯 片将数据读入并传输到PC主机。本实用新型具有以下优点和积极效果1、 扩展方便。由于USB具有热插拔、即插即用的特点，用户可以在PC机 开机的情况下，对接收机进行连接和断开操作。并且通过USB集线器， 一个USB 主控制器最多可以连接126个外围设备。因此，可以灵活地实现多台接收机系 统的各种组合。2、 成本低。各台雷达接收机电路相同，实现通道扩展时无需重新设计电路， 降低了开发成本，縮短了开发周期。


图1是本实用新型实施例的结构框图。
具体实施方式
图1中标记的说明 1、 2、 3、 4一接收机；5、 6、 7、 8—数据存储器，用于缓存接收机输出数据； 9、 10、 11、 12—USB接口芯片； 13、 14、 15、 16—USB连接电缆;17— USB集线器；18— PC主机；19一主控接收机单元；20、 21、 22—扩展接收机单元。
以下结合附图和实施例对本实用新型做详细说明1、 结构本实施例的基于USB的雷达通道扩展装置，采用USB总线作为雷达接收机 与PC主机的通信总线，将4个接收机单元用USB集线器并联连接起来，其中一 个接收机单元为主控接收机单元，其他3个接收机单元为扩展接收机单元，USB 集线器与PC机相连；所有接收机单元的同步控制器的使能信号由主控接收机单元的USB接口芯 片产生；每个接收机单元由接收机、数据存储器、USB接口芯片组成，其中接收机、 数据存储器、USB接口芯片依次连接，接收机内部的同步控制器负责发出同步控 制信号，以管理接收机内各组成部分的运行时序，同步控制器由使能信号启动； 4个接收机单元的USB接口芯片通过USB电缆与USB集线器连接； 主控接收机单元中的USB接口芯片与4个接收机单元(包括主控接收机单 元、扩展接收机单元)中的接收机连接，用来输出接收机内部的同步控制器的 使能信号。2、 电路连接如图1,本实施例包括接收机1、 2、 3、 4,数据存储器5、 6、 7、 8， USB 接口芯片9、 10、 11、 12, USB连接电缆13、 14、 15、 16, USB集线器17， PC 主机18;其中，接收机l、数据存储器5、 USB接口芯片9依次连接，组成主控接收 机单元19;接收机2、数据存储器6、 USB接口芯片10依次连接，组成扩展接收机单元20;接收机3、数据存储器7、 USB接口芯片11依次连接，组成扩展接收机单元21;接收机4、数据存储器8、 USB接口芯片12依次连接，组成扩展接收机单元22;USB接口芯片9、 USB连接电缆13、 USB集线器17依次连接，USB接口芯片 10、 USB连接电缆14、 USB集线器17依次连接，USB接口芯片11、 USB连接电 缆15、 USB集线器17依次连接，USB接口芯片12、 USB连接电缆16、 USB集线 器17依次连接，从而实现各个接收机单元的并联连接；USB集线器17与PC主机18连接；USB接口芯片9与接收机1连接，USB接口芯片9与接收机2连接，USB接 口芯片9与接收机3连接，USB接口芯片9与接收机4连接。3、 工作方式各个接收机单元中的USB接口芯片与PC主机的任何通信信号均由USB连接 电缆、USB集线器负责传递。每个接收机单元的USB接口芯片具有不同的产品序 列号(PID)，雷达PC主机18通过PID区别出各个接收机单元。在雷达运行初始阶段，PC主机18向主控接收机单元19中的USB接口芯片 9发出信号，通知其向主控接收机单元中的接收机1及扩展接收机单元中的接收 机2、 3、 4同时发出同步控制器使能信号，从而启动所有接收机的同步控制器 并使其同步工作。在每个工作周期内，详细工作流程如下① 主控接收机单元中的接收机1采集并处理完信号后，首先将数据存储器5 清空，然后将处理后的数据暂存在数据存储器5中；同样的，扩展接收机单元 中的接收机2、 3、 4也分别将处理后的数据存放在对应的数据存储器6、 7、 8 中；② PC主机18向主控接收机单元19中的USB接口芯片9发出信号，通知USB 接口芯片9从数据存储器5中将数据读入；③ PC主机18将数据从USB接口芯片9中读入；④ PC主机18向扩展接收机单元20中的USB接口芯片10发出信号,通知USB 接口芯片10从数据存储器6中将数据读入；⑤ PC主机18将数据从USB接口芯片10中读入；⑥ PC主机18向扩展接收机单元21中的USB接口芯片11发出信号，通知USB 接口芯片11从数据存储器7中将数据读入；⑦ PC主机18将数据从USB接口芯片11中读入；⑧ PC主机18向扩展接收机单元22中的USB接口芯片12发出信号,通知USB 接口芯片12从数据存储器8中将数据读入；⑨ PC主机18将数据从USB接口芯片12中读入。4、 USB接口芯片本实施例中的USB接口芯片选用Cypress公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。 EZ-USB FX2LP芯片支持12Mb/s的全速传输和480Mb/s的高速传输，可使用4种USB传输方式控制传输、中断传输、块传输和同步传输。该芯片主要包括 USB2. 0收发器、串行接口引擎(SIE)、增强型8051、 8. 5KB的随机存储器(RAM)、 4KB的先进先出(FIFO)存储器、1/0口、数据总线、地址总线和通用可编程接口 (GPIF)等部分。其中，串行接口引擎(SIE)负责完成串行数据的编解码、差错 控制、位填充等与USB协议有关的功能。增强型8051作为EZ-USB FX2LP的内 部处理器(CPU)，主要负责控制芯片的外围连接。EZ-USBFX2LP提供了从属先进先出(SlaveFIFO)和通用可编程接口 (GPIF) 两种髙速传输方式当EZ-USB FX2LP工作于从属先进先出模式时，外围电路可 以像普通先进先出存储器一样对EZ-USB FX2LP中的端点数据缓冲区进行读写； 当EZ-USB FX2LP工作于GPIF模式下时，EZ-USB FX2LP可由软件来编程输出读 写控制波形。这时，它几乎可以对任何通用总线接口进行访问。在实际应用中 可灵活选用不同的数据传输方式。在本实施例中，通过对EZ-USB FX2LP内部的增强型8051编程，实现USB 接口芯片9发出接收机内的同步控制器的使能信号的功能；采用GPIF高速传输 模式，实现USB接口芯片从数据存储器中将数据读入的功能。5、雷达接收机本实施例中的雷达接收机为四通道高频表面波雷达接收机。 该雷达系统采用单极子天线作为接收天线，每一个接收通道对应一根单极 子天线，每台接收机共有四个接收通道。在接收机内部，进入每一接收通道的 回波信号首先经过滤波、混频后送入14位模数转换器(ADC)中进行带通采样。 采样得到的数字信号送入现场可编程逻辑器件(FPGA)进行处理，如数字正交 混频、滤波、数据率抽取，快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform , FFT) 等。因此，单片现场可编程逻辑器件(FPGA)需要同时完成四个通道的雷达数 据的处理，占去了芯片的极大部分的资源，限制了接收机通道数目进一步的扩 展。采用本实用新型所提供的装置，大为简化了接收机通道数目的扩展。本实施例中的四通道高频表面波雷达接收机的同步控制器由现场可编程逻 辑器件(FPGA)实现，它负责发出同步控制信号，以管理接收机内各组成部分 的运行时序，同步控制器由一个使能信号启动。
权利要求1、一种基于USB的雷达通道扩展装置，其特征在于采用USB总线作为雷达接收机与PC主机的通信总线，将多个接收机单元用USB集线器并联连接起来，其中一个接收机单元为主控接收机单元，其他接收机单元为扩展接收机单元，USB集线器与PC机相连；每个接收机单元由接收机、数据存储器、USB接口芯片组成，其中接收机、数据存储器、USB接口芯片依次连接；所有接收机单元的USB接口芯片通过USB电缆与USB集线器连接；主控接收机单元中的USB接口芯片与所有接收机单元中的接收机连接，用来输出接收机内部的同步控制器的使能信号。
2、 按权利要求1所述的基于USB的雷达通道扩展装置，其特征在于 USB接口芯片选用赛普拉斯公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种基于USB的雷达通道扩展装置，包括多个雷达接收机、数据存储器、USB接口芯片组成的接收机单元，还包括USB连接电缆、USB集线器，PC主机。所有接收机单元的USB接口芯片通过USB连接电缆与USB集线器连接；USB集线器与PC主机相连；主控接收机单元中的USB接口芯片与所有接收机单元(包括主控接收机单元、扩展接收机单元)中的接收机连接。USB接口芯片选用赛普拉斯公司提供的EZ-USB FX2LP芯片。雷达接收机选用四通道高频表面波雷达接收机。本实用新型使用方便，扩展灵活，成本低，适用于雷达通道扩展。
文档编号G01S7/285GK201218843SQ200820065778
公开日2009年4月8日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者文必洋, 静 杨, 王才军 申请人:武汉大学