无人机载SAR实时信号处理系统的设计与研究

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无人机自诞生以来便得到各大军事强国的重视,合成孔径雷达(SAR)以其优越的特性成为无人机的重要侦查手段。当前,无人机工作的战场环境日益恶劣,战争持续时间短,战机稍纵即逝,这便对无人机载SAR实时信号处理系统的实时性和抗干扰性提出了更高的要求。在此背景下本文采用标准3U VPX架构,使用基于交换芯片的星形拓扑结构用于数据的灵活交互,设计了一款集成多个功能模块、通用性强、实时性高、可扩展的标准嵌入式并行无人机载SAR实时信号处理系统。本文首先介绍了无人机载SAR实时信号处理系统的研究背景和意义,分析了系统的整体需求,对于信号处理系统常用的高速串行总线PCI Express、SRIO、千兆以太网等进行了介绍,并对系统中用于背板通信的VPX总线标准进行说明,在此基础上提出了无人机载SAR实时信号处理系统的整体架构,详细介绍了系统中各个板间的互联关系。系统采用SRIO交换、PCIe交换、以太网交换实现各板卡灵活的数据传输,各板卡通过交换芯片组成星状拓扑结构。根据系统性能需求采用高性能DSP、FPGA作为处理节点,并根据板内和板间的互联关系选择合适的SRIO、PCIe和以太网交换芯片作为数据交互中心。然后对系统中各板卡的设计进行了详细说明,主要包括信号采集板、信号处理板、集成交换板和系统板,给出了各板卡的结构框图,对单板内部的连接关系、单板与系统其他板卡的互联关系进行介绍,根据单板上关键芯片的需求制定了相应的时钟和电源设计方案,并对相应的外围电路给出了相关设计。实现了无人机载SAR实时信号处理系统的模块化设计。最后,随着高速电路设计日益严峻的挑战,为了保证系统的各个板卡达到设定的性能,针对PCB设计中遇到的信号完整性、电源完整性和电磁干扰等问题,主要从关键器件、电源芯片和时钟芯片的布局、PCB层叠结构设计、电源地设计、PCB布线等方面进行详细介绍,给出了具体的设计规则,很好的规避了PCB设计中遇到的SI、PI、EMI问题,达到了设计标准,进而实现了无人机载SAR实时信号处理系统要求的实时性。
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