《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向无人机的高速数据采集及回放系统设计
电子技术应用
胡铁乔，杨哲
中国民航大学 天津市智能信号与图像处理重点实验室
摘要： 介绍了一种面向无人机的高速数据采集及回放系统。系统基于Xilinx Zynq-7035平台，采用PS+PL协同设计，实现70 MHz~6 GHz无线电信号的实时采集、存储与回放。系统具备精准地理定位能力，可同步记录采样坐标，为干扰源定位与合成孔径应用提供空间参考。PL端通过千兆以太网实现UDP高速传输，速率达900 Mb/s。系统整体轻量化，适于无人机搭载执行空中频谱监测与干扰源定位。上位机软件基于Qt构建，提供UDP接收、实时频谱可视化、参数配置及可控回放等功能，实现“采集—处理—存储—回放”一体化解决方案。
中圖分類號：TN98；TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257262
中文引用格式： 胡鐵喬，楊哲. 面向無人機(jī)的高速數(shù)據(jù)采集及回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2026，52(3)：91-97.
英文引用格式： Hu Tieqiao，Yang Zhe. Design of high-speed data acquisition and playback system for unmanned aerial vehicles[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(3)：91-97.
Design of high-speed data acquisition and playback system for unmanned aerial vehicles
Hu Tieqiao，Yang Zhe
Tianjin Key Laboratory for Advanced Signal Processing， Civil Aviation University of China
Abstract： This paper introduces a high-speed data acquisition and playback system for UAVs. Built on the Xilinx Zynq-7035 platform with PS and PL co-design, the system enables real-time acquisition, storage, and playback of radio signals across 70 MHz to 6 GHz. It offers precise geolocation to synchronize sampling coordinates for interference localization and synthetic aperture applications. High-speed UDP transmission over Gigabit Ethernet reaches 900 Mbps. The lightweight design suits UAV deployment for airborne spectrum monitoring and jammer localization. The Qt-based host software provides UDP reception, real-time spectrum visualization, parameter configuration, and controllable playback, delivering an integrated "acquisition–processing–storage–playback" solution.
Key words : Zynq-7035 chip；AD9361 chip；Gigabit Ethernet；UDP high-speed transmission；interference location

引言

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展以及頻譜資源的匱乏[1],電磁干擾檢測及定位已成為軍民兩方面迫切需要解決的問題之一。然而傳統(tǒng)的方法大多存在著探測率不高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、定位難等諸多缺點(diǎn)，無法達(dá)到現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)以Xilinx公司的Zynq-7035芯片為平臺，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)無線電信號高速采集（320 MB/s）、儲存、讀取和射頻回放的功能。射頻前端為AD9361芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)對寬頻段電磁信號的實(shí)時(shí)采集、存儲和處理[2]。該系統(tǒng)結(jié)合處理系統(tǒng)（Processing System，PS）+ 可編程邏輯（Programmable Logic，PL），實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同處理[3]，充分發(fā)揮了PL的高速處理優(yōu)勢與PS處理復(fù)雜邏輯的優(yōu)勢。為了適配高速數(shù)據(jù)流的儲存、PL端用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User Datagram Protocol，UDP)協(xié)議讀取和射頻回放，系統(tǒng)集成了第三代雙倍數(shù)據(jù)速率同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（Double Data Rate Three，DDR3）和PL 直接存儲器訪問（Direct Memory Access，DMA）模塊[4]。該系統(tǒng)在PL端和PS端都集成了以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制（Media Access Control，MAC）控制器，PL端用于數(shù)據(jù)高速傳輸，PS端支持基帶數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，便于采集時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）模塊采用 Quectel 公司的 LC29H 芯片，能準(zhǔn)確獲得時(shí)間標(biāo)簽及地理位置信息，為后續(xù)合成孔徑、定位提供了必要的條件。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，支持多種接口擴(kuò)展，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行定制化配置。該系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)使其特別適合搭載在無人機(jī)平臺上，利用無人機(jī)的高機(jī)動性、長航時(shí)和廣域覆蓋能力[5]，能夠快速部署到復(fù)雜地形和難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行空中電磁干擾監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)大范圍、高效率的干擾源定位和頻譜分析，為電磁干擾監(jiān)測、頻譜分析、信號偵察等領(lǐng)域提供了可靠的技術(shù)支撐。


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http://www.ihrv.cn/resource/share/2000007010


作者信息：

胡鐵喬，楊哲

（中國民航大學(xué) 天津市智能信號與圖像處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300300）

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