一种实现海洋雷达多种扫描方式的扫描系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种实现海洋雷达多种扫描方式的扫描系统及控制方法，包括扫描系统，扫描系统包括FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机高精密伺服转台、高分辨率绝对值编码器、天线和终端计算机；FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台和高分辨率绝对值编码器依次相连，FPGA控制模块还通过千兆以太网与终端计算机相连。该方法应用于海洋测量雷达系统和基于船用导航雷达的海洋环境探测系统。本发明专利技术为海上目标环境、海面波浪、海流、海冰、溢油和水文气象等综合海洋环境信息的研究提供了全新的硬件平台。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括扫描系统，扫描系统包括FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机高精密伺服转台、高分辨率绝对值编码器、天线和终端计算机；FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台和高分辨率绝对值编码器依次相连，FPGA控制模块还通过千兆以太网与终端计算机相连。该方法应用于海洋测量雷达系统和基于船用导航雷达的海洋环境探测系统。本专利技术为海上目标环境、海面波浪、海流、海冰、溢油和水文气象等综合海洋环境信息的研究提供了全新的硬件平台。【专利说明】
本专利技术属于海洋目标和海洋环境探测领域，具体涉及。
技术介绍
现有的海洋测量雷达和基于船用导航雷达的海洋环境探测系统的扫描方式基本为单速率环扫。一种固定速率的环扫方式无法满足不同情况下海洋目标和海洋环境的探测需求，从探测的功能上来看，功能单一，适应范围有限，其中部分主要的原因是不同情况下海洋目标和海洋环境探测对雷达的数据获取速率需求不同。海洋目标探测对雷达数据获取率需求较高，需要快速确定目标方位角度及其运动轨迹，而海洋环境探测由于在一定时间内海洋环境如海冰、海流、海浪等处于稳态，则大多不需要较高的雷达数据获取速率，针对海冰边界、溢油边界和高海况测量，需要单一径向的雷达数据不断积累，这就要求海洋测量雷达必须具有定向扫描功能，为了提高雷达隐身性能，环扫方式很容易被监测，加上雷达周围不可避免的存在人类生活生产密集区，不宜遭受电磁波辐射，需要指定扇区的雷达数据获取，在目前的海洋测量雷达系统和基于海洋测量雷达的海洋环境探测系统中，单一速率的雷达扫描方式已不能兼顾上述多种情况的应用，而具有多种扫描方式的海洋测量雷达则大大提高了海洋目标和海洋环境探测领域的通用能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提出，解决了以往雷达扫描只能适用于单一的海洋目标探测的工作方式，本专利技术可以采用多速率环扫、扇扫和定向扫描多种方式，提升了海洋测量雷达在海洋目标和海洋环境探测领域的通用能力。 本专利技术采用以下技术方案:一种实现海洋雷达多种扫描方式的扫描系统，包括FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台、高分辨率绝对值编码器、天线和终端计算机；天线设置于高精密伺服转台上，扫描时，由转台转动带动天线的转动FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台和高分辨率绝对值编码器依次相连构成一个回路，FPGA控制模块还通过千兆以太网与终端计算机相连；终端计算机通过千兆以太网发送伺服控制系统命令给FPGA控制模块，FPGA控制模块对伺服控制系统命令进行编解码后，将编解码后的系统命令发送给模拟控制及驱动系统，模拟控制及驱动系统驱动步进电机和减速机，从而控制高精密伺服转台的转动，高分辨率绝对值编码器将高精密伺服转台的目标数据进行编码后传送给FPGA控制模块，FPGA控制模块将编码后的目标数据发送回终端计算机，终端计算机将收到编码后的目标数据与伺服控制系统命令中的给定量进行比较后，再次发送校正命令。 一种实现海洋雷达多种扫描方式的扫描系统的控制方法: 步骤一:首先确定需要扫描的目标；步骤二:根据确定的扫描的目标，选择扫描方式，需要对海上高速运动的目标测量数据时，选用高速率的环扫方式；需要对处于稳态的海洋动力环境、溢油及海冰测量数据时，选用慢速率的环扫方式；需要单一径向的雷达数据积累，选用定向扫描方式；雷达隐身和部分扇区禁止辐射的情况，需要指定扇区的雷达数据获取，选用扇扫方式。 作为本专利技术的进一步优选方案，所述的FPGA控制模块采用XC6VLX240T芯片。 作为本专利技术的进一步优选方案，所述的步进电机采用直流四相步进电机。 本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:第一、本专利技术采用步进电机，噪声小、精度高，可靠性稳定；第二、本专利技术采用加入高精密伺服转台，更好的控制天线的旋转角度，使得定位更加准确；第三、本专利技术的扫描控制软件扫描方式更加多样化，扫描更加便捷、精确。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的控制软件框图；图2为本专利技术的总体设计框图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明:本专利技术提供一种实现海洋雷达多种扫描方式的扫描系统，包括FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台、高分辨率绝对值编码器和终端计算机；FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台和高分辨率绝对值编码器依次相连，FPGA控制模块还通过千兆以太网与终端计算机相连。 如图1，为实现具有多种扫描方式的海洋测量雷达，以满足不同情况下海洋目标和海洋环境的探测需求，终端计算机内预先编程设定的终端软件，终端软件设计了详细的扫描控制模块，控制软件模块在控制伺服系统时，通过WinpCap，以UDP广播模式进行通信，具体包含扫描方式、扫描范围、扫描速度、定位精度、控制精度和控制方式等功能。 终端计算机内设有扫描控制软件模块，扫描控制软件模块可生成伺服控制系统命令，终端计算机通过千兆以太网将伺服控制系统命令发送给FPGA控制模块，伺服控制系统命令中包括转动时间、转动方向及转速等控制参数，终端计算机通过对转动时间、转动方向以及转速等控制参数的设定来实现二坐标海洋测量雷达的多速率环扫、扇扫和定向扫描方式。 本专利技术中FPGA控制模块采用Xilinx V6系列XC6VLX240T芯片，其中并预包含DDS伺服算法和控制命令编码解码，实现伺服驱动和测控，FPGA控制模块根据伺服控制系统命令中的转速自动生成与该转速相对应的频率脉冲信号及转动方向信号，FPGA控制模块对频率脉冲信号及转动方向信号进行编码后发送给模拟控制及驱动系统，模拟控制及驱动系统包括步进电机驱动器，当步进电机驱动器接收到来自FPGA控制模块发送的一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(步进角)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，从而可以通过控制一个周期内的脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，进而实现了定位扫描和扇扫；同时也可以通过控制脉冲频率来控制步进电机转动速度和加速度，从而达到调速的目的，进而实现可变速率环扫；从而控制高精密伺服转台的转动，转台上安置有天线，转台转动的同时带动天线转动。 本专利技术的步进电机采用直流四相步进电机及其相配的驱动器，步进电机包括控制系统和模拟控制部分，为了获得零跟踪误差，控制系统的数字位置环采用带速度与加速度前馈的ro控制方式，而模拟控制部分采用电流环以实现对电动机转矩的控制。 高分辨率绝对值编码器检测转台转动的角度数据，并将角度数据发送回FPGA控制模块，FPGA控制模块对高分辨率绝对值编码器检测的角度数据保留有效位并进行预处理，然后发送回终端计算机，由终端计算机将角度数据进行换算成精度为0.01度的角度数据，并将二坐标海洋测量雷达的位置角度实时显示在终端计算机的软件界面中。如图2，伺服控制系统命令由终端计算机通过千兆以太网发送给FPGA控制模块，FPGA控制模块中包含DDS伺服算法和控制命令编码解码，DDS伺服算法通过设计不同的加减速度方式及脉冲调制，进而产生不同频率，不同脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现海洋雷达多种扫描方式的扫描系统，其特征在于：包括FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台、高分辨率绝对值编码器、天线和终端计算机；天线设置于高精密伺服转台上，扫描时，由转台转动带动天线的转动FPGA控制模块、模拟控制及驱动系统、步进电机、减速机、高精密伺服转台和高分辨率绝对值编码器依次相连构成一个回路，FPGA控制模块还通过千兆以太网与终端计算机相连；终端计算机通过千兆以太网发送伺服控制系统命令给FPGA控制模块，FPGA控制模块对伺服控制系统命令进行编解码后，将编解码后的系统命令发送给模拟控制及驱动系统，模拟控制及驱动系统驱动步进电机和减速机，从而控制高精密伺服转台的转动，高分辨率绝对值编码器将高精密伺服转台的目标数据进行编码后传送给FPGA控制模块，FPGA控制模块将编码后的目标数据发送回终端计算机，终端计算机将收到编码后的目标数据与伺服控制系统命令中的给定量进行比较后，再次发送校正命令。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王业慧，陈瀚睿，施春荣，陆小虎，谢向前，周涛，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京大气海洋信息系统有限公司，南京鹏力科技有限公司，南京鹏力系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32