數字船用導航雷達顯控系統的設計與實現

畢皓澤 張征

【摘要】二十一世紀是海洋時代，海洋在國家的發展中有著重要的作用，對推動對外經濟文化交流等起著至關重要的作用。改革開放后，隨著我國經濟社會的不斷發展，海洋在我國經濟社會發展中占有重要的地位，成為我國新世紀發展的重要戰略。船舶在遠洋航行需要依賴可靠穩定的導航設備，導航雷達在相關船舶的具體定位、引導相關船舶出港進港過程中有這重要的作用，基于FPGA和嵌入式系統的導航雷達具有功能龐大、體積較小、性能可靠和操作簡便的諸多優勢，并能夠對相關圖像進行有效的控制，推動我國船舶工業的導航雷達系統的發展。

【關鍵詞】導航雷達;數字船;設計與實現

隨著全球經濟一體化的趨勢不斷加快，在改革開放的推動下，我國的船舶工業發展迅速，在2015年，我國的船舶工業2400萬噸排水量的大關，在世界整個船舶工業中占有較大比例，居世界第一位。船舶工業的發展對相關配套工業產生了巨大的影響，特別是對船舶專用的數字導航設備，對其需求量十分巨大。但是在當前我國的相關配套工業還存在諸多不足，還有多個薄弱方面，當前。我國獨立自主研制的導航設備只有計程儀、測深儀等簡單產品，占整個導航配套產業的比例不足百分之三十，國產設備不可避免地存在缺乏核心技術、工藝較為落后、缺乏品牌以及適用范圍限制在國內的船舶中。

一、船載雷達顯控技術發展趨勢

2013年雷達與通信一體化波形進行了具體的實現。基于這一準則，還對一體化過程中的整體硬件、調制設計進行了研究，并提出了實現一體化系統的兩種方法，最后的實驗結果也證明了這種想法的可行性。在科學技術迅速發展的今天，雷達設備更新速度不斷加快，顯控技術較過去相比取得了巨大的成就，在當前多功能雷達系統的相關控制技術以及大屏幕顯示技術等方面發展速度較快。在相關掃描圖像的表現上，相關畫面的尺寸如果越大，相關工作人員對信息的了解就會越精確，伴隨著顯示技術的不斷發展，LCD液晶屏技術不斷成熟，在船舶中應用也日趨穩定，將其作為顯示設備應用到船舶中成為大勢所趨，一方面相關設備的體積較小，另一方面其清晰度較高，相較于傳統的顯示方式既有無可比擬的優越性。

由于當前船載導航雷達的相關功能隨著相關需要的不斷增加而增加[1]，面對多功能船載雷達的相關控制更加復雜，要求數據具有安全性，完整性和一致性，能夠儲存船舶航行的相關信息以及工程文檔資料，對其功能要求便于使用、操作界面友好和功能完備[2]。如何建立有效科學的雷達通信機制和相關的功能控制調度是較為關鍵的，多功能船載雷達系統的控制技術能夠有效保證船用雷達在復雜工作環境下控制機制的正確性和可靠性。船用雷達顯控技術的發展，決定船舶電子導航產品的嵌入式控制系統的日益更新，只有建立在良好的人機交互的系統下，才能發揮船用雷達顯控系統的實用性。

二、雷達顯示與控制系統總體設計

在研究過程中，整個船舶導航雷達的相關系統設計主要包括船載雷達系統的下單元和上單元。在整個導航系統中[3]，相關的上單元部分主要由雷達發射機和雷達天線組成，整個設備的功能要求是發送具有周期性的脈沖信號，接受相關的回波信號，將相關數據傳輸至下單元。下單元主要包括FPGA 數據處理模塊和ARM 處理模塊，和與其相對應的顯示設備，在下單元中還包括網絡模塊、GPS導航模塊和電子海圖等。

在整個雷達系統中，其高速AD主要負責采樣上單元的掃描信號，將相關的掃描信號轉化為具體的數字信號，再通過FPGA數據進行相關的數據處理，與此同時，上單元進行具體的數字信號處理，同時將由上單元具體發出的ARP、 TI、ACP等相關信號與FPGA 的具體邏輯控制部分相連接[4]。下單元負責對整個雷達探測數據的處理，以及相關的硬件操作，顯控模塊的主要功能是相關顯示控制、相關控制命令的交互，建立各個模塊之間的通信，使用FPGA和系統總線完成相關的通信工作。

三、船用雷達顯示與控制硬件設計

船舶專用雷達的整個顯控系統的整個硬件模塊主要包括ARM操作系統和FPGA數據信號處理模塊，第一部分是FPGA數據信號處理模塊，這一部分主要包括相關數據的處理和顯示。第二部分是ARM操作系統，主要包括上層雷達用戶的系統功能操作，控制相關雷達的調度和顯示。雷達信號與通信信號的調制方式有很多種，其目的是為了更準確的對目標進行定位，并提高抗干擾能力。

雷達信號與通信信號的基本特點對一體化測向技術的研究和實現可以提供很好的參考，根據一體化的關鍵技術對測向技術系統進行總體的流程設計，然后對雷達與通信信號一體化測向技術的主要模塊和各個模塊的功能進行分析與介紹，實現運行數據與運行時序的交互影響。

四、結束語

隨著我國經濟社會的不斷發展，對船舶對導航系統的需求越來越高，筆者通過對高速數據信號的FPGA處理系統和嵌入式ARM 處理系統進行有機結合，與數字化雷達進行比較發現，能夠支持LCD液晶大屏幕顯示，相關的數據采集能力的測試還需不斷完善，便于對整個系統功能的全面升級，并且由于FPGA系統的高速數據處理性能，較好地降低了嵌入式 ARM 系統的 CPU 使用負載，從而提高了嵌入式 ARM 操作系統的控制能力，基于FPGA和嵌入式系統的導航雷達具有功能龐大、體積較小、性能可靠和操作簡便的諸多優勢，并能夠對相關圖像進行有效的控制，推動我國船舶工業的導航雷達系統的發展。

參考文獻

[1]盧志忠，楊江洪，黃玉，衛延波，楊子翰.航海雷達圖像陰影提取波高算法的改進研究[J].儀器儀表學報，2017，38（01）：212-218.

[2]張新宇，陳華，姚舜，陳向.航海雷達仿真數據生成算法及實現[J].中國航海，2016，39（04）：6-10.

[3]汪永軍，閆馮軍，莫紅飛，張宏財.一種船用導航雷達回波高分辨顯示裝置的設計[J].艦船電子對抗，2015，38（06）：21-24.

[4]張宏財，汪永軍，沈君.基于ARM和FPGA的一體化船用導航雷達終端設計[J].科技視界，2015（04）：115-116.