非相干散射雷达信号处理系统关键技术研究与实现

论文摘要

电离层对无线电通信、导航、测量以及人类空间活动都有着重要的影响。非相干散射雷达是探测电离层的强有力工具,能够探测包括电子密度、电子温度、碰撞频率、离子密度、离子温度和离子成分等电离层主要参数,对于电离层的研究起到了重要的作用。本文以“非相干散射雷达信号处理分系统”项目为基础,探讨了系统硬件和软件设计方案,针对系统调试中遇到的问题提出了相应的解决方法,并给出系统关键模块的测试结果。文章首先结合非相干散射雷达探测原理和信号处理方法,对信号处理分系统设计要求进行了总结,并讨论了各个功能模块的解决方案。随后,提出了非相干散射雷达信号处理分系统硬件设计中关键模块的设计方案,其中包括信号调理与A/D采样、系统控制与数据计算、高速数据通信、系统电源设计以及系统电磁兼容。同时结合系统调试过程,对于影响电路正常工作的典型问题进行了说明,并给出各个模块的测试结果。最后根据系统软件设计方案,分别对软件总体设计、系统时钟设计、时序设计以及数字下变频等几个方面进行了讨论,给出了软件设计中各个模块的流程图以及数字下变频的测试结果。本文提出的非相干散射雷达信号处理系统设计具有运算速度快、灵活性高的优点。每一个信号处理通道都选用一片Spartan-3E系列FPGA作为控制核心,三片ADSP-TS201作为数据处理核心,运算能力远高于系统指标要求。同时采用千兆以太网作为高速数据通信设计方案,满足了大量数据实时传输的要求。信号处理分系统功能强大,具有重要的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 非相干散射雷达发展概述
• 1.3 本文主要工作及章节安排
• 第二章 非相干散射雷达信号处理系统设计方案
• 2.1 非相干散射雷达探测原理和信号处理方法
• 2.2 非相干散射雷达信号处理系统功能及要求
• 2.3 系统方案论述
• 2.3.1 信号调理与A/D 采样
• 2.3.2 系统控制与数据计算
• 2.3.3 高速数据通信
• 2.3.4 系统电源
• 2.3.5 系统电磁兼容设计
• 2.4 小节
• 第三章 非相干散射雷达信号处理系统硬件设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 信号调理与A/D 采样
• 3.2.1 信号调理与A/D 采样详细设计
• 3.2.2 调试中遇到的问题以及解决方法
• 3.2.3 信号调理与A/D 采样测试
• 3.3 系统控制与数据计算
• 3.3.1 系统控制与数据计算单元详细设计
• 3.3.2 调试中遇到的问题以及解决方法
• 3.4 高速数据通信
• 3.4.1 高速数据通信详细设计
• 3.4.2 调试中遇到的问题以及解决方法
• 3.4.3 高速数据传输测试
• 3.5 系统电源设计
• 3.5.1 系统电源详细设计
• 3.5.2 调试中遇到的问题以及解决方法
• 3.5.3 系统电源测试
• 3.6 系统电磁兼容设计
• 3.6.1 子板布局设计
• 3.6.2 信号处理分系统PCB 走线
• 3.6.3 电源层与地层设计
• 3.7 小节
• 第四章 非相干散射雷达信号处理系统软件设计
• 4.1 软件总体设计
• 4.2 系统时钟设计
• 4.2.1 信号处理系统时钟管理
• 4.2.2 时钟优化设计
• 4.3 系统时序设计
• 4.4 数字下变频设计
• 4.5 小节
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望未来
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果