Compact acquisition system for high resolution radars

Abstract

Current analog data acquisition systems are complex systems based on high speed FPGA and microprocessors. Digital technologies are growing faster; microcontrollers are implementing more powerful peripherals, like Analog-to-Digital Converters (ADC). This is the case of LPC4370, which is a microcontroller based on ARM cortex architecture that includes an 80 Mega-Samples per second ADC. Nowadays, in radar applications, expensive digitizer boards are used for data acquisition. While an external ADC is sampling the received analog signal, an FPGA dumps the information from ADC to a fully equipped computer. The price for the whole solution is over thousand US Dollars. This thesis includes the research carried out in order to design, test and analyze a low cost acquisition device. As LPC4370 is a very powerful microcontroller with respect to the market price, designing a system with these objectives is a very good choice. LPC link2 is a development board based on LPC4370 microcontroller for a price of 20 USD approximately. It also includes two different application approaches; the first one oriented to ground radar systems, and the second to radar systems mounted on unmanned aerial vehicles (UAV).

Los sistemas de adquisición de datos analógicos actuales, son sistemas complejos, basados en FPGA y microprocesadores. La tecnología electrónica avanza a pasos agigantados, los nuevos diseños de microcontroladores están implementando cada vez periféricos más potentes, como conversores analógico a digital (ADC). Este es el caso del LPC4370, un microcontrolador basado en arquitectura ARM cortex que implementa un ADC de alta velocidad (80MSps). Hoy en día se utilizan placas digitalizadoras muy caras para realizar la adquisición de datos en sistemas radar. Estas están basadas en una FPGA que transporta la información que un ADC genera a partir de la conversión de una señal analógica al dominio digital, hasta un ordenador, donde se almacenan los datos. Estas soluciones cuestan del orden de miles de dólares, dependiendo de las características. Esta tesis recoge las investigaciones realizadas para diseñar, testear y analizar un sistema de adquisición de datos de bajo coste basado en el microcontrolador LPC4370. Este microcontrolador es el más potente del mercado en cuanto a las capacidades y resolución del ADC que integra. Se va a utilizar una placa de desarrollo que integra este microcontrolador (LPC Link2), el precio de esta placa es aproximadamente 20 dólares. La tesis también incluye una aproximación de diseño para aplicaciones radar de tierra, y para radares a bordo de vehículos aéreos no tripulados (UAV).

Els sistemes d'adquisició de senyals analògiques emprats en sistemes radars actuals, son sistemes complexes basats en FPGA i microprocessadors. La tecnologia electrònica avança a una gran velocitat, els nous dissenys de microcontroladors estan implementant cada vegada dissenys mes potents, implementant perifèrics com conversos analògic a digital (ADC) de altes prestacions. Aquest es el cas de LPC4370, un microcontrolador basat en l'arquitectura ARM còrtex que implementa un ADC de alta velocitat (80MSps). Avui en dia s'utilitzen plaques digitalitzadores molt cares per a realitzar l'adquisició de dades en sistemes radar. Aquestes plaques estan basades en una FPGA que transporta les dades que rep de la conversió d'un ADC, a un ordinador que les recull i les emmagatzema. Aquestes solucions tenen un preu de l'orde de milers de dòlars. Aquesta tesis recull les investigacions realitzades per a el disseny, testeig i anàlisis d'un sistema de adquisició de dades de baix cost basat en el microcontrolador LPC4370. Aquest es el microcontrolador més potent del mercat en quant a velocitat i resolució del ADC que integra. S'utilitzarà una placa de desenvolupament que integra aquest microcontrolador (LPC Link2), el preu d'aquesta placa es d'aproximadament 20 dòlars. La tesis recull una aproximació de disseny per aplicacions de radar de terra i per a radars a bord de vehicles aeris no tripulats (UAV).