[实用新型]基于FPGA的相控阵列天线控制系统

说明书

本实用新型涉及一种基于FPGA的相控阵列天线控制系统，包括印制在天线面板上的计算层、执行层、驱动层和多个天线通道，每个天线通道上均设置有180°移相器通道、90°移相器通道和45°固定/无级移相器通道；计算层将每个天线通道的串行控制信息送入执行层；执行层接收来自计算层的串行控制信息，将其分频缓存并输出外部触发信号，FPGA根据逻辑状态编码指令以及温度传感器送入的工作温度补偿信息对同步更新信号互联后随编码信息输出，送入驱动层；驱动层给天线提供电平，以及实现对天线通道的幅度步进控制和相位步进控制。本实用新型通过控制天线通道的多比特移相器，拓展了天线的相位变化范围，提高了相控阵天线的波束精度。

技术领域

本实用新型涉及一种基于FPGA的相控阵列天线控制系统，属于相控阵列天线技术领域。

背景技术

相控阵列天线由于具备波束扫描、波束赋形、波束捷变等可控波束的特性，在军用及民用雷达领域取得了广泛的应用。近些年来，研究人员对基于微波二极管的相控阵列天线做了大量的工作，如中国专利201710039838.5提出数字相控电磁表面，通过控制天线单元上二极管的通断来改变其反射或透射相位，进而实现阵列天线的波束控制。当前的二极管开关状态切换控制往往多采用单片机+DSP的方式实现，而中国专利201920424727.0提出了一种基于FPGA的二极管阵列在线同步控制系统，克服了二极管开关切换速度慢等缺点，实现了对二极管阵列单元同步快速控制。但以上研究均建立在对天线单元状态的控制上，由于受限于单元的比特数，因此相控阵存在相位精度低、扫描精度差等缺点，在实际使用中受到限制。除此之外，作为相控阵的心脏——相控阵控制系统，仅仅实现对二极管的开关控制是不够的，还需要具备波束成形算法、温度补偿、幅度补偿等功能，这在以往的文献中均未见体现，离实用尚存在差距。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

随机存取存储器（英语：Random Access Memory，缩写：RAM），也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入（存入）或读出（取出）信息。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于FPGA的相控阵列天线控制系统，是以FPGA为核心控制单元的相控阵天线控制系统，具备波束成形算法、幅度相位控制、温度补偿等完整功能，其具体技术方案如下：

一种基于FPGA的相控阵列天线控制系统，包括印制在天线面板上的计算层、执行层和驱动层；

所述天线面板上设置有多个天线通道，每个天线通道上均设置有180°移相器通道、90°移相器通道和45°固定/无级移相器通道；

所述计算层综合计算出各个天线通道的幅度和相位要求，将每个天线通道的编码信息和逻辑状态信息通过RS485总线将串行控制信息送入执行层；

所述执行层接收来自计算层的串行控制信息，将其分频缓存并输出外部触发信号，同步触发单元将外部触发信号同步后反馈给FPGA，FPGA根据每个天线通道的编码信息和逻辑状态信息以及温度传感器送入的工作温度补偿信息对同步更新信号互联后随编码信息输出，送入驱动层；

所述驱动层分别与天线通道和执行层连接，给天线提供电平，以及实现对天线通道的幅度步进控制和相位步进控制。

进一步的，所述计算层包括FPGA、CPU、GPU和RAM，实现波束成形的算法控制、运动规划及插补、IO信号分发、惯导信号处理；

所述RAM分别与FPGA和CPU/GPU连接，给FPGA和CPU/GPU提供共享内存；