基于FPGA的雷达信号中频数字侦收与高精度参数测量技术研究

论文摘要

在现代电子战背景下,雷达设备及反辐射导弹等武器的大量使用,使电子侦察设备要面对复杂多变并且具有严重威胁的电磁环境。而雷达体制的多样化更增加了电子侦察系统对辐射源信号进行参数测量的难度。快速、高精度的脉冲参数测量是电子侦察的前提和基础,也是复杂信号环境中对信号进行分选和识别的重要依据,开展实时脉冲参数测量技术的研究具有极其重要的意义。因此,现代雷达对抗电子侦察系统要适应现在和未来的电子战环境特点,必须具备实时或准实时的对所侦收辐射源信号的准确分析能力。本文结合这一需求,借鉴软件无线电的思想,对在高性能FPGA器件上完成实时中频数字接收与高精度脉冲常规参数测量进行了研究。本文的主要工作内容包括:●介绍了信道化数字接收机及其接收前端的工作过程,这也是本文研究内容的工作基础;●在相关理论的指导下,实现了基于FPGA的中频数字化接收;●在数字信号处理部分,讨论了基于FPGA的信号检测方法,并进行了仿真研究;●介绍了脉冲常规参数高精度测量的理论,并通过FPGA实现了对载频(f)、脉宽(PW)、脉幅(PA)、脉冲到达时间(TOA)的测量。●给出了硬件电路的实际工作情况,验证了本文中方法的有效性;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 研究现状简介
• 1.3 论文内容安排
• 2 信道化与数字接收机
• 2.1 数字接收机及其结构
• 2.1.1 零中频数字接收机
• 2.1.2 基带采样接收机
• 2.1.3 中频采样数字接收机
• 2.2 信道化接收机
• 2.3 接收机方案的提出
• 2.4 本章小结
• 3 雷达中频数字接收技术的理论与 FPGA实现
• 3.1 雷达中频数字接收理论
• 3.1.1 采样理论
• 3.1.1.1 基本采样理论──奈奎斯特采样定理
• 3.1.1.2 带通采样定理
• 3.1.1.3 窄带中频采样
• 3.1.1.4 宽带中频采样
• 3.1.2 多速率数字信号处理技术
• 3.1.2.1 整数倍抽取
• 3.1.2.2 整数倍内插
• 3.1.3 数字滤波器
• 3.1.3.1 数字滤波器设计的理论基础
• 3.1.3.2 FIR数字滤波器窗函数设计
• 3.1.3.3 积分梳状（CIC）滤波器
• 3.1.3.4 半带（HB）滤波器
• 3.1.4 CORDIC算法
• 3.1.4.1 CORDIC算法原理
• 3.1.4.2 CORDIC算法的性质
• 3.1.4.3 CORDIC算法的应用
• 3.2 中频数字接收单元的方案设计
• 3.2.1 课题对中频数字接收单元的要求
• 3.2.2 中频数字接收单元设计
• 3.3 基于FPGA的中频数字接收方案实现
• 3.3.1 实验板上元器件的选型
• 3.3.1.1 FPGA的选型
• 3.3.1.2 模数转换器件（ADC）的选型
• 3.3.2 基于AD9430的中频信号数字采样量化单元设计
• 3.3.2.1 A/D主要性能指标分析
• 3.3.2.2 AD9430外围电路及接口设计
• 3.3.2.3 ADC采样前后的信号频谱关系
• 3.3.3 数字下变频单元的FPGA实现
• 3.3.3.1 FPGA中与AD9430的接口设计
• 3.3.3.2 FPGA中对数字正交的实现
• 3.3.3.3 FPGA中对低通滤波与抽取的实现
• 3.3.4 用CORDIC算法求模和相角的FPGA实现
• 3.4 本章小结
• 4 信号检测理论与FPGA实现
• 4.1 概述
• 4.2 对适合本课题的信号检测方案的讨论
• 4.3 基于总和法的多样本检测原理与仿真验证
• 4.3.1 基于单数据样本点的检测
• 4.3.2 基于取总和的多数据样本点的检测
• 4.3.3 总和法检测中的噪声统计与门限设定
• 4.3.4 采用总和法的信号检测仿真
• 4.4 总和法检测概率仿真
• 4.5 总和法信号检测在FPGA中的实现
• 4.6 本章小结
• 5 高精度脉冲常规参数测量与 FPGA实现
• 5.1 脉冲及其常规参数的定义
• 5.1.1 脉冲的定义
• 5.1.2 脉冲参数的定义
• 5.2 实时高精度脉冲常规参数测量的原理
• 5.2.1 脉冲幅度（PA）的测量方法
• 5.2.2 脉冲到达时间（TOA）的测量方法
• 5.2.3 脉冲宽度（PW）的测量方法
• 5.2.4 频率（f）的测量方法
• 5.3 基于FPGA的高精度脉冲常规参数测量方案设计
• 5.4 时域测量精度与脉宽PW测量范围分析
• 5.5 本章小结
• 6 硬件电路测试结果与分析
• 6.1 ADC采样的实验与分析
• 6.2 FIR滤波器的测试
• 6.3 低信噪比下总和法检测的硬件实验
• 6.4 高精度脉冲参数测量的硬件实验
• 6.5 实验板硬件实物照片
• 7 结论
• 攻读学位期间获奖和发表论文情况
• 致谢
• 参考文献