高性能可重构雷达高度计控制技术研究

论文摘要

星载雷达高度计能够对海面高度、有效波高和海面风速进行测量,这些数据进一步反演的结果可以应用于海洋地球物理学、海洋动力学、海洋气候与环境及海冰监测。新一代高精度雷达高度计将孔径合成技术引入到传统雷达高度计中,提高了测高精度和空间分辨率。高精度雷达高度计根据测量目标的不同,有两种工作模式:SAR模式和低分辨率模式,这两种工作模式对应的控制时序不同,与之相关的微波开关时序也不同。高精度高度计在这两种工作模式切换时,要求其他功能(如与卫星平台的通讯功能)单元不间断工作,这需要雷达高度计的控制系统具备动态重构能力。为了实现上述目标,本文研究了基于FPGA的重构技术并初步设计了自重构高度计控制系统。本文对FPGA重构技术进行了研究,同时对高性能可重构雷达高度计控制系统进行了探索,具体包括以下几个方面:(1)对可重构技术的现状和应用进行了分析,探讨了FPGA可重构的基础,研究了三种动态部分重构实现的方法,重点研究了基于模块化可重构方法的实现细节。(2)在分析重构数据的不同配置控制方式的基础上,重点研究了自重构技术细节,包括构建基于FPGA的SOPC系统、模块化重构方法的EAPR流程及两者的合并,提出了可操作的自重构系统设计流程,解决了软件设计中的关键问题。(3)在对FPGA重构技术研究的基础上,设计了以高度计控制单元为动态模块的自重构系统,完成了高度计控制单元逻辑、不同的总线宏IP和自重构软件的编写。最后进行了实验验证,验证结果表明利用自重构技术可以进行高精度雷达高度计控制系统设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 研究范围和研究内容
• 1.3 论文组织安排
• 第二章 卫星雷达高度计系统分析
• 2.1 星载雷达高度计的应用
• 2.2 高度计系统分析
• 2.3 星载雷达高度计控制系统分析
• 2.3.1 传统雷达高度计控制系统分析
• 2.3.2 高精度雷达高度计控制系统分析
• 2.3.3 采用可重构技术实现雷达高度计控制单元
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于FPGA的可重构技术研究
• 3.1 FPGA技术综述
• 3.2 基于FPGA的可重构技术
• 3.2.1 可重构技术的研究现状
• 3.2.2 基于FPGA的可重构概念
• 3.2.3 FPGA的可重构基础
• 3.2.4 基于FPGA的可重构技术的实现方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于FPGA的模块化可重构方法和自重构方法研究
• 4.1 基于FPGA的模块化可重构方法
• 4.1.1 设计流程
• 4.1.2 设计流程的具体描述
• 4.1.3 目录结构
• 4.1.4 模块设计的要求
• 4.1.5 总线宏通信
• 4.1.6 几个需要注意的问题
• 4.2 基于FPGA的SOPC系统的构建研究
• 4.2.1 开发工具和开发流程
• 4.2.2 关键文件和文件组织结构
• 4.2.3 各种IP简要介绍
• 4.2.4 IPIF和用户IP设计
• 4.3 动态重构的EAPR流程和自重构方法
• 4.3.1 EAPR流程
• 4.3.2 重构的控制和ICAP
• 4.3.3 嵌入式设计方法和EAPR结合以及在PLANAHEAD的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 卫星雷达高度计控制单元自重构设计
• 5.1 自重构系统的整体设计
• 5.2 高度计控制系统自重构设计
• 5.2.1 硬件结构概述
• 5.2.2 各个IP模块设计
• 5.2.3 目录结构说明
• 5.2.4 软件设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 自重构雷达高度计控制单元设计验证
• 6.1 验证方案
• 6.2 验证结果及分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 论文总结和展望
• 7.1 课题研究心得
• 7.2 论文总结
• 7.3 未来展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢