基于FPGA的脉冲压缩系统研究与设计

论文摘要

脉冲压缩技术被广泛应用于雷达系统当中。主要进行距离探测和目标识别。Woodward在理论上完善了脉冲压缩的思想,提出通过匹配滤波来对大时带积的信号进行压缩,可以得到窄脉冲的输出。由于脉冲变窄,使得距离分辨率增大,同时,同等距离分辨率下,脉冲宽度可以变得很宽,从而能够提高发射平均功率,增大作用距离,以此解决了传统简单脉冲下雷达处理中的雷达作用距离和分辨率的矛盾。目前国内较为成熟的数字脉压系统大部分都是采用DSP作为核心处理芯片,并利用并行DSP来提高处理速度,但随着近几年可编程逻辑器件技术的发展,利用FPGA来实现数字处理的优势逐渐体现出来,特别是对于脉压系统,FPGA比DSP器件的优势也愈加明显。尤其是利用多片DSP并行的做法更是无法满足当前信息化战争低功耗,小型化的需求。本课题的主要目的是顺应时代发展,以FPGA做为核心处理芯片,研究结构简单、处理速度快、精度高的实时脉压系统。本文从线性调频信号的时、频特性出发,从脉冲压缩体制的理论分析到脉冲压缩系统硬件实现方法的介绍,FFT的介绍,最后选择频域法来实现脉冲压缩系统。本文的主要工作有:1.分析了实现脉冲压缩的基础理论,脉压硬件系统所需的关键技术,以及采样定理进行了逐一分析。2.根据给定的指标进行芯片的选型,并介绍了所需硬件的使用方法。3.设计了在FPGA中实现的脉冲压缩系统,对其进行了全面的仿真测试,并与Matlab仿真结果进行比对分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及发展现状
• 1.2 本文主要工作
• 第二章 线性调频信号脉冲压缩的基本原理
• 2.1 LFM 雷达波形介绍
• 2.2 LFM 信号的脉冲压缩原理
• 2.3 LFM 信号距离旁瓣抑制方法
• 2.4 LFM 匹配滤波的实现方法
• 2.5 FFT 算法介绍
• 2.5.1 基-2、基-4 FFT 算法介绍
• 2.5.2 基-2、基-4 FFT 算法比较和选择
• 2.6 采样定理简介
• 2.6.1 奈奎斯特采样定理
• 2.6.2 正交采样技术
• 2.6.3 带通采样
• 2.7 数字下变频简介
• 2.8 设计要求
• 2.9 本章小结
• 第三章 硬件实现
• 3.1 单元电路的器件选择
• 3.1.1 A/D 芯片的选择
• 3.1.2 FPGA 芯片的选择
• 3.2 AD9239 使用介绍
• 3.3 FPGA 外围器件
• 3.3.1 FPGA 配置模块
• 3.3.2 FPGA 时钟设计
• 3.3.3 FPGA 电源设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 脉压系统FPGA 实现
• 4.1 数据采集通道
• 4.1.1 RocketIO 配置及使用
• 4.2 DDC 数字下变频设计实现
• 4.3 脉冲压缩的设计实现
• 4.3.1 匹配滤波器产生
• 4.3.2 FFT 模块设计
• 4.3.3 浮点数Floating-Point 简介
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统功能测试及结果分析
• 5.1 系统测试平台
• 5.2 数据采集通道测试结果
• 5.3 DDC 测试结果
• 5.4 脉冲压缩测试结果
• 5.5 系统资源占用
• 5.6 本章小结
• 结束语
• 工作总结
• 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果