风廓线雷达数字中频系统的设计

论文摘要

雷达数字中频系统是为满足现代雷达系统对接收机的高技术指标而设计的数字化系统。它利用高性能的采集模块对雷达中频信号直接数字化,结合先进的数字信号处理技术,从而获得较大的线性动态范围以及理想的I/Q数据质量,使雷达系统的整机性能得到提高,同时,也使系统升级向着快捷、低成本的方向发展。论文从解决工程应用性的角度出发,提出了一种基于带通采样与中频数字化的风廓线雷达接收机结构。围绕着接收机的数字化实现,论文主要做了以下几方面的工作。首先,根据接收信号特征以及系统工作要求进行分析确定数字接收机系统的工作参数,将数字中频系统分为数字下变频器、定时器及数据处理板三部分,并给出总体设计方案。其次,论文对输入信号进行了数字下变频研究,对数字下变频器的中频采样、采样时钟产生及FPGA设计参数可配置正交解调模块实现作了重点阐述。为增大雷达接收机的动态范围,论文还提出了一种改进型饱和补偿算法,将这种算法引入数字下变频器中使雷达的接收动态范围得到了较大的提高。最后,利用FPGA分别设计了产生雷达信号的定时器和进行命令解析、数据处理的PCI的数据处理板。经测试,数字中频系统较好地完成了中频信号的接收、正交解调及数据处理,论文最后给出了测试结果及雷达整机系统的实际使用情况,表明所设计的数字中频系统工作正常,满足系统指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究内容及本文工作
• 第二章 风廓线数字中频系统总体结构设计
• 2.1 数字中频系统简介
• 2.1.1 接收机原理
• 2.1.2 模拟中频与数字中频的应用
• 2.1.3 风廓线雷达数字中频系统的作用
• 2.2 风廓线雷达数字中频系统总体规划
• 第三章 数字下变频器的设计
• 3.1 高速采集部分设计
• 3.1.1 几种常见信号采样方式
• 3.1.2 风廓线雷达中频采样
• 3.2 中频采样时钟产生
• 3.2.1 采样频率确定
• 3.2.2 时钟产生软硬件设计
• 3.3 数字下变频模块设计
• 3.3.1 数字混频正交变换
• 3.3.2 整数倍抽取（Decimation）
• 3.3.3 抽取滤波器
• 3.3.4 积分梳状滤波器
• 3.3.5 数控振荡器NCO
• 3.3.6 FIR 数字滤波器
• 3.3.7 数字下变频的FPGA 实现
• 3.4 数字下变频器的性能测试
• 3.5 数字下变频器优化算法的运用
• 3.5.1 饱和补偿算法的原理
• 3.5.2 传统饱和补偿算法的实现
• 3.5.3 优化饱和补偿算法的设计
• 3.5.4 加优化算法后系统性能测试
• 第四章 定时器设计
• 4.1 定时器硬件设计
• 4.2 FPGA 软件设计
• 4.2.1 命令的接收/解析
• 4.2.2 定时信号产生
• 4.2.3 实测结果
• 第五章 数据处理板设计
• 5.1 实现方案确定
• 5.2 电路板布局
• 5.3 硬件程序设计
• 5.3.1 与数字下变频器的数据通信
• 5.3.2 与定时器通信
• 5.3.3 脉冲压缩与时域积累
• 第六章 数字中频系统联调测试
• 6.1 测试平台构建
• 6.2 测试结果
• 第七章 结论
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果