专利名称：基于gps的雷达同步装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种雷达同步装置，尤其涉及一种采集GPS时间控制不同位置雷达高精 度同步的装置。
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可探测江河湖泊表面风、浪、流场和低 速移动目标等环境要素。海洋表面流是海洋状态的一个重要参量，单站高频表面波雷达只能 探测海洋表面径向流，要获取海洋表面矢量流(含速率和方向)，需要对两单站的径向流场进 行矢量合成，即表面矢量流双站合成法。在矢量合成时要求采用两单站雷达同一时刻的径向 流场数据，因此位于不同位置的雷达需要严格同步。
GPS是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球用户提供连续、实 时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。GPS时钟采用的是世界协调时-UTC，在GPS 卫星上载有与UTC时间同步的铯原子钟，这样它就成为一种空间的时间基准，地面上的用户 可接收GPS卫星的时间服务信号，校正本地时钟，使之与GPS时钟同步。
GPS信号接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这 些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星 到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位 置，三维速度和时间。利用GPS接收机解译出的GPS卫星提供的时间信息作为雷达站的参考 时间，可以实现不同位置的雷达站的高精度同步。 发明内容
本实用新型的目的就在于提供一种基于GPS的雷达同步装置，实现位于不同位置的雷达 的同步工作。
为达上述目的，本实用新型采取如下方案基于GPS的雷达同步装置，包括有雷达，其 特征在于它还包括有GPS天线、GPS接收机、同步控制器、PC机，其中GPS天线、GPS接 收机、同步控制器、雷达依次电连接；PC机分别与GPS接收机、同步控制器电连接。
所述PC机与同步控制器通过USB接口芯片连接。
所述雷达为多通道高频表面波雷达。
所述GPS接收机为的GPS15L接收机。
所述同步控制器包括GPS通信模块、同步时间信号产生模块、参数设置模块、双口随机 存储器模块；其中，GPS接收机、GPS通信模块、同步时间信号产生模块、雷达依次电连接，PC机、USB接口芯片、双口随机存储器模块、参数设置模块依次电连接，参数设置还分别与 GPS通信模块、同步时间信号产生模块电连接。
所述GPS接收机、GPS通信模块之间通过电平转换芯片连接。
本实用新型具有以下优点和积极效果
1、 精度高，GPS卫星上安装的铯原子钟的短期和长期稳定度都很高，性能较好的GPS接 收机可以达到25ns以下的精度，用GPS卫星的时间信息作为雷达同步的时间基准，可以实现 各雷达站的高精度同步；
2、 成本低，GPS相对于其它卫星定位系统来说更成熟，相应的接收机种类多，体积小， 为各雷达站安装同步装置无需扩大雷达机箱，并且GPS接收机价格较为便宜，因此降低了为 各雷达站安装同步装置的成本；
3、 开发方便，GPS接收机技术成熟，使用简单，可以根据需要灵活配置输出语句，利用 GPS接收机进行雷达同步装置的开发简单易行。


图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型实施例的结构框图。
图中，1为GPS天线，2为GPS接收机，3为同步控制器，4为USB接口芯片，5为PC机， 6为雷达，7为RS232-TTL电平转换芯片，8为GPS通信模块，9为同步时间信号产生模块， IO为参数设置模块，ll为双口随机存储器(DRAM)模块。
具体实施方式

下面以具体实施例结合附图对实用新型做进一步说明。
如图l，按本实用新型实施的基于GPS的雷达6同步装置，包括有GPS天线1、 GPS接收 机2、同步控制器3、 PC机5以及雷达6，其中GPS天线1、 GPS接收机2、同步控制器3、雷 达6依次电连接；PC机5分别与GPS接收机2、同步控制器3电连接。GPS天线1接收GPS 时间信号作为同步控制器3的参考时间，由PC机5通过USB接口 4向同步控制器3设置雷达 6各部分的同步时间信号参数，同步控制器3根据GPS时间和同步时间信号参数输出雷达6 各部分的同步时间信号。
本实施例中的GPS接收机2为GPS15L接收机，该接收机可以同时跟踪多达12颗GPS卫 星，从而能够进行快速的定位。GPS15L接收机功耗非常小，数据更新率为每秒一次。同时输 出上升沿与GPS秒同步的秒脉冲(PPS)，精度土1微秒。GPS15L接口输出电平是RS232电平， 输入可为RS232或者具有RS232极性的TTL电平。波特率从300 38400可选，默认值为4800。 可以输出的格式包括美国国家海洋电子协会指定的醒EA0183通信标准格式和GARMIN公司定义的语句格式。其输出数据采用的是ASCII码，数据格式设置为1个起始位、8个数据位、 1个停止位，无奇偶校验。采用的串口输出语句是GARMIN定义的PGRMF语句，其内容包括UTC 时间的年、月、日、时、分、秒，可以满足雷达6同步所需的时间信息需求。PC机5通过RS232 接口设置GPS15L接收机，使其仅输出GARMIN定义的PG服F语句。
本实施例中的雷达6为多通道相参高频表面波雷达6。它的硬件系统主要包括发射机、 发射天线阵、接收天线阵、频率合成器、数字信号处理模块、数据传输模块、主控PC机5等。 每台雷达6系统接收机有多个接收通道。进入每一接收通道的回波信号首先经过滤波、混频 后送入模数转换器(ADC)中进行带通采样。采样得到的数字信号送入数字信号处理模块进行 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。处理后的结果通过数据传输模块进入主控PC机5，在主控PC机5里运用阵列信号 处理等方法，综合多个通道的采样结果，得到需要的海洋环境或船舶等目标信息。
由于此雷达6是相参雷达，各个接收通道以及发射机都需要严格同步。本实施例中的同 步控制器3由现场可编程逻辑器件(FPGA)实现，它负责发出同步时间信号，以管理雷达系 统各组成部分的运行时序。FPGA是一种大规模、高速、低功耗、可反复编程的集成电路芯片， 很多FPGA芯片支持在系统编程，这给系统开发提供了很大的灵活性，并且使维护和升级更为 方便，因此本实施例采用FPGA芯片实现同步控制器3。由于GPS15L接收机输出电平是RS232 电平，而FPGA芯片的输入电平是TTL电平，所以本实施例在GPS15L接收机和FPGA芯片之间 连接了 RS232-TTL电平转换芯片7。
如图2，本实施例中的FPGA芯片包括GPS通信模块8、同步时间信号产生模块9、参数 设置模块IO、双口随机存储器(DRAM)模块ll; GPS接收机2、 GPS通信模块8、同步时间信 号产生模块9、雷达6依次电连接，PC机5、 USB接口芯片4、双口随机存储器模块ll、参数 设置模块10依次电连接，参数设置还分别与GPS通信模块8、同步时间信号产生模块9电连 接。其中，DRAM模块存储USB接口芯片4写入的所有同步时间信号参数，参数设置模块10 读取DRAM模块存储的参数，并将同歩时间信号的基准时间参数发送给GPS通信模块8，将各 个同步时间信号的偏移时间参数发送给同步时间信号产生模块9。GPS通信模块8分析GPS15L 接收机经RS232-TTL电平转换芯片7发送的ASCII码语句中的当前时间信息,并比较当前时间 是否与设置的基准时间参数相等，若相等，则通知同步时间信号产生模块9正确的基准时间 已到；同步时间模块接收到GPS通信模块8发送来的确认正确的基准时间已到的信号后，按 照各个同步时间信号的偏移时间参数延迟相应时间并输出同步时间信号。
工作原理如下
①PC机5通过RS232接口设置GPS15L接收机，使其仅输出GA脂IN定义的PGRMF语句；②PC机5将雷达6各个同步时间信号的参数通过USB接口写入USB接口芯片4， USB接 口芯片4再将参数写入FPGA芯片中的DRAM模块；
(D参数设置模块10读取DRAM模块存储的参数，并将同步时间信号的基准时间参数发送 给GPS通信模块8，将各个同步时间信号的偏移时间参数发送给同步时间信号产生模块9;
GPS天线1接收GPS卫星信号，并传送给GPS15L接收机；
⑤GPS15L接收机解译出GPS卫星信号中包含的时间信息，并以ASCII码的形式输出 GA體IN定义的PGRMF语句，输出电平为RS232电平；
RS232-TTL电平转换芯片7将RS232电平的ASCII码语句转换为TTL电平的ASCII码 语句，并发送给FPGA芯片中的GPS通信模块8;
GPS通信模块8根据PC机5设置的基准时间参数循环判断所获取的ASCII码语句包含 的当前时间信息，若当前时间与基准时间参数相等，则通知同步时间信号产生模块9正确时 间已到；
⑧同步时间模块接收到GPS通信模块8发送来的确认正确时间已到的信号后，按照各个 同步时间信号的偏移时间参数延迟相应时间并输出同步时间信号至高频表面波雷达。
以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权 利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
权利要求1.基于GPS的雷达同步装置，包括有雷达，其特征在于它还包括有GPS天线、GPS接收机、同步控制器、PC机，其中GPS天线、GPS接收机、同步控制器、雷达依次电连接；PC机分别与GPS接收机、同步控制器电连接。
2. 根据权利要求1所述的基于GPS的雷达同步装置，其特征在于所述PC机与同步控 制器通过USB接口芯片连接。
3. 根据权利要求1所述的基于GPS的雷达同步装置，其特征在于所述雷达为多通道高 频表面波雷达。
4. 根据权利要求1所述的基于GPS的雷达同步装置，其特征在于所述GPS接收机为 GPS15L接收机。
5. 根据权利要求1或2所述的基于GPS的雷达同步装置，其特征在于所述同步控制器 包括GPS通信模块、同步时间信号产生模块、参数设置模块、双口随机存储器模块；其中， GPS接收机、GPS通信模块、同步时间信号产生模块、雷达依次电连接，PC机、USB接口芯片、 双口随机存储器模块、参数设置模块依次电连接，参数设置还分别与GPS通信模块、同步时 间信号产生模块电连接。 ..
6. 根据权利要求5所述的基于GPS的雷达同步装置，其特征在于所述GPS接收机、GPS 通信模块之间通过电平转换芯片连接。
专利摘要本实用新型涉及雷达同步装置，尤其涉及一种基于GPS的雷达同步装置，包括有雷达，还包括有GPS天线、GPS接收机、同步控制器、PC机，其中GPS天线、GPS接收机、同步控制器、雷达依次电连接；PC机分别与GPS接收机、同步控制器电连接。本实用新型精度高，用GPS卫星的时间信息作为雷达同步的时间基准，可以实现各雷达站的高精度同步；成本低，GPS接收机价格较为便宜，为各雷达站安装同步装置的成本低；开发方便，利用GPS接收机进行雷达同步装置的开发简单易行。
文档编号G01S5/02GK201373917SQ200920084009
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者文必洋, 静 杨, 伟 沈, 王才军, 黄晓静 申请人:武汉大学