测距雷达信号处理研究

论文摘要

雷达信号处理系统是现代雷达的重要组成部分,雷达接收到目标反射回来的信号后,要最大限度地提取目标的位置信息和速度信息,以便对控制区域内的目标运动参数进行估计,实现对目标的高精度跟踪。由于雷达的应用环境很广,工作环境也复杂多变,因此对雷达信号处理提出了各种各样的要求。目前雷达信号处理已经从简单的在噪声中检测信号,逐步发展到具有抑制各种杂波、抗各种电磁干扰的能力;从视频处理发展到零中频处理和中频处理,从时域处理发展到时域-频域处理;从测角-测距-测速处理发展到成像处理等,其功能越来越多,性能越来越高。而这些功能的实现与匹配滤波、动目标检测（MTD）及恒虚警（CFAR）处理等技术密不可分。本文是以某测量距离雷达的需求为研究背景,为了解决该雷达探测距离和发射功率以及接收机灵敏度之间的矛盾,本测距系统发射信号采用了线性调频体制,在信号处理器中完成对目标信号回波的脉冲压缩、MTD及CFAR处理。本文主要针对匹配滤波和杂波抑制两方面问题进行了研究,并对在频率域实现线性调频信号脉冲压缩技术、CFAR技术以及在FPGA中实现块浮点快速傅里叶变换（FFT）运算等技术进行了具体阐述。在综合考虑了FPGA器件发展水平、稳定供货渠道等多方面因素的前提下,为降低数字处理器运算量,提高系统性价比,本文采用了快速卷积算法实现线性调频信号数字脉冲压缩。同时,利用块浮点算法,较好的解决了定点运算精度差和浮点运算处理器硬件价格高、运算速度慢的矛盾。在此基础上选定了FPGA的具体型号,完成了相关设计工作。通过对线性调频信号产生、脉冲压缩、MTD等原理的计算机数字仿真,并通过把带有杂波的信号加载到FPGA上,进行块浮点FFT半实物仿真,对系统设计理论进行了验证,各项仿真试验结果与理论相吻合,证明了系统设计原理正确。本文是以某测量距雷达为研制背景,通过对信号处理器几个主要问题的研究,成功完成了在FPGA内实现线性调频脉冲压缩、块浮点FFT运算等功能。本文所做的工作,对某测距雷达研制具有一定的推动作用,同时对其它雷达信号处理系统的设计也有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 雷达信号处理的主要研究内容
• 1.1.1 脉冲压缩技术
• 1.1.2 相参信号的杂波抑制技术
• 1.1.3 CFAR
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 论文目标及内容
• 第二章 信号处理系统功能及算法
• 2.1 线性调频信号脉冲压缩技术
• 2.1.1 线性调频零中频信号的频谱
• 2.1.2 线性调频脉冲压缩分析
• 2.1.3 线性调频信号数字脉压方法
• 2.2 动目标显示和动目标检测技术（MTI/MTD）
• 2.2.1 动目标检测（MTD）
• 2.2.2 动目标显示（MTI）
• 2.3 CFAR 检测
• 2.3.1 一维恒虚警检测器
• 2.3.2 二维恒虚警检测器
• 2.4 距离跟踪
• 第三章 FPGA 完成块浮点脉冲压缩设计和实现
• 3.1 块浮点 FFT
• 3.1.1 FFT 的基本思想和结构
• 3.1.2 块浮点FFT 的思想
• 3.2 FPGA 完成浮点FFT 运算的设计和实现
• 3.2.1 芯片 EP1S25F672C7 介绍及可行性分析
• 3.2.2 FPGA 完成块浮点FFT 运算的设计
• 第四章 仿真分析结果
• 4.1 线性调频信号仿真
• 4.2 线性调频型号脉冲压缩仿真
• 4.3 MTD 仿真
• 4.4 FPGA 完成块浮点FFT 运算的软件仿真及硬件调试分析
• 4.4.1 软件仿真
• 4.4.2 硬件调试和验证
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间研究成果