摘 要

多频微波雷达是一套采用多种频率发射，主要探测海洋环境中的风、浪、流等重要海洋要素的雷达系统。利用微波雷达获取海洋动力学参数被认为是最经济，最有效进行海洋环境监测的手段之一，它能全天候的对海洋环境进行实时监测，具有便于维护，设备体积小，精度高等特点。

同步控制器是雷达系统的核心部分之一，它向系统各部分提供定时和控制信号，保证系统内部频率合成器、接收机等设备能正常的工作，也用以保证发射信号和接收机本振信号的频率同步和相位同步。

本次设计针对S波段多频微波雷达的性能要求，提出了一种基于以太网通信的多频雷达同步控制系统设计方案，该方案利用W7100单片机搭建以太网通信平台，由上位机将同步控制配置参数通过以太网传输到FPGA中，运用keil软件和quartusII软件开发环境编写程序，使FPGA产生一系列雷达时序信号和脉冲控制信号，用于控制多频雷达发射，接收和数据采集与处理。

关键词：多频雷达，同步控制，以太网通信，FPGA

ABSTRACT

Multiple frequency microwave radar is a set of radar system, using a variety of frequency to detect the important Marine elements such as wind, wave and flow in the Marine environment. Using microwave radar for ocean dynamics parameter is considered to be the most economical, one of the most effective means of monitor for the Marine environment, The radar can monitoring to the Marine environment in all-weather and real-time,which is easy to maintain and is small in size, high precision etc.

Synchronization controller is one of the core part of radar system, it provides the timing and control signal to the system parts, ensure internal system frequency synthesizer, receiver, such as equipment can normal work, also to ensure that the emission signal and the local oscillator signal receiver frequency synchronization and phase synchronization.

This design in view of s-band frequency microwave radar performance requirements, this paper proposes a multi-frequency radar synchronous control system based on Ethernet communication design scheme, the scheme using Ethernet communication platform, W7100 MCU controlled by PC will sync configuration parameters through Ethernet transmission to the FPGA, using keil software and quartusII programming software development environment, make the FPGA to produce a series of radar timing signal and pulse control signal, is used to control the multi-frequency radar emission, receiving and data acquisition and processing.

Keywords: Multi-frequency radar, synchronous control, Ethernet communication, FPGA

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容说明 3

第2章 雷达同步控制器的方案论证与选择 5

2.1多频雷达系统简介 5

2.2同步控制 6

2.3方案论证与选择 7

2.3.1同步控制方案选择 7

2.3.2数据传输方案选择 8

第3章 同步控制器同步控制协议的实现 10

3.1同步控制信号与时序 10

3.1.1基本信号 10

3.1.2附加信号 11

3.1.3各信号间的时序关系 11

3.2主要部件介绍 12

3.3实物及功能测试 14

3.3.1实物展示 14

3.3.1功能测试 15

第4章 同步控制器数据传输的实现 17

4.1 W7100A网络单片机介绍 17

4.2 TCP网络通信通信 17

4.3 TCP通信数据格式 19

4.3.1功能电路中双口RAM区的划分 20

4.3.2系统命令分类及规定 20

4.3.3上传到PC机的命令 21

4.4 功能测试 22

第5章 总结及展望 25

5.1总结 25

5.2展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

随着微波多普勒雷达在世界范围内的推广应用，微波多普勒雷达技术的研究热点已发生了变化，从研究雷达系统设计、海流参数提取转向如何丰富雷达探测结果、提高微波雷达的海浪参数反演精度等。探测海洋表面的海浪信息是微波多普勒雷达监测海洋的最基本的功能，它能获得大范围的海域内的矢量流信息^[1]。

1.1研究背景及意义

我国是一个传统的海洋大国，拥有1.8万公里的大陆海岸线与拥有7000多个大大小小的岛屿，总共拥有300多万平方公里的海洋国土。在国家的中长期科学与技术发展规划纲要（2006-2020）中，明确指出海洋环境立体检测技术是未来的发展重点之一。

目前许多多频微波雷达主要用于探测海洋环境中的风、浪、流等重要海洋要素。利用微波雷达获取海洋动力学参数被认为是最经济，最有效进行海洋环境监测的手段之一，它能全天候的对海洋环境进行实时监测，具有便于维护，设备体积小，精度高等特点。而对于海洋环境的立体检测，实时有效的获取海洋中风、浪、流等重要海洋要素，对于我们国家防灾减灾和气象预报具有非常重要的意义。在对于利用微波雷达进行海洋监测的过程中，制作风浪模型研究对于研究海浪反演是常用的手段之一。同时对于研究海气的相互作用，我国近岸的生产生活活动也具有比较重要的意义。

获取海洋环境信息的传统手段主要有利用波浪浮标、风速风向仪、调查船等，这些观察手段测得的数据一般较为准确，但是缺点也很明显，主要因为只能得到在特定时间内特定地点的海洋的风浪流信息。而近些年也开始使用机载雷达和星载雷达来获得大范围的海洋环境信息，但是其受天气的影响较大，不能全天候地获得有效信息，星载雷达的卫星分辨率又比较低，重复采样的周期也比较长，很难满足我国对海洋环境立体监测的要求。