基于FPGA的雷达脉冲压缩系统的研究与实现

论文摘要

脉冲压缩雷达体制很好地解决了在普通脉冲雷达中作用距离和分辨能力之间的矛盾,因此脉冲压缩技术广泛用于雷达、声纳等系统。随着FPGA和CPLD的飞速发展,其相对与DSP器件的优势也愈加明显。因此,利用FPGA在硬件上实现数字脉压成为一种必然趋势。本文从线性调频信号的时、频域特征出发,根据脉冲压缩体制的理论,分析了脉冲压缩信号处理算法的实现方法。通过自主研发的1024点FFT-IPCORE在频域实现了脉冲压缩系统的全并行流水工作,达到了系统预期指标,实现了实时处理并具备良好的可扩展性。本文的主要工作有:1.分析了线性调频（LFM）信号的时、频域特性和线性调频信号的频域压缩性能。根据给定的脉冲压缩指标,对数字脉冲压缩时域处理和频域处理作了比较,选择进行频域的数字脉冲压缩处理。2.对系统的运行、调试环境作了简要介绍,针对QuartusⅡ仿真方面的不足,本文给出了联合仿真的方法,并给出了具体可直接调用的程序。3.设计了1024点并行全流水的FFT-IPCORE模块,并对其进行了全面的仿真测试,给出了性能分析和资源消耗分析。对系统其他的主要模块也进行了设计及仿真测试。4.在自主研发的1024点FFT-IPCORE的基础上,设计并实现了脉压系统在全并行流水的状态下工作,并对脉压系统进行了全面的测试仿真。从系统的处理时间、处理精度和资源消耗等方面给出了性能评估,实现了宽带（B=25MHz和B=12.5MHz）雷达线性调频信号的频域数字脉压处理。本文研制的雷达脉冲压缩处理器具有动态范围大、处理精度高、处理能力强、体积小、重量轻、实时性好的优点,尤其是该系统的处理高速处理能力为设计高性能的现代雷达信号处理系统提供了可靠的保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 脉冲压缩技术
• 1.3 本文的结构和主要工作
• 第二章 线性调频信号脉冲压缩的基本原理
• 2.1 LFM 信号的时域、频域特性
• 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 本章小结
• 第三章 方案论证
• 3.1 设计要求
• 3.2 脉冲压缩方案选择
• 3.3 FFT 点数的选择
• 3.3.1 线性卷积与循环卷积的关系
• 3.3.2 FFT 点数的确定
• 3.3.3 脉冲压缩中FFT 算法的程序优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 实现平台简介
• 4.1 VERILOG 简介
• 4.2 QUARTUSⅡ简介
• 4.3 QUARTUSⅡ与MATLAB 的联合调试方法
• 4.3.1 数据输入
• 4.3.2 数据的输出
• 4.4 本章小结
• 第五章 模块实现
• 5.1 FFT 模块的实现
• 5.1.1 FFT 算法简介
• 5.1.2 硬件资源占用分析
• 5.1.3 1024 点FFT 模块的总体结构
• 5.1.4 单级蝶形模块组成
• 5.1.5 1024 点FFT 模块工作过程
• 5.1.6 1024 点FFT 模块的仿真结果
• 5.1.7 误差的分析与控制
• 5.1.8 1024 点FFT 模块性能分析
• 5.2 匹配滤波器的实现
• 5.2.1 匹配滤波器的结构
• 5.2.2 匹配滤波器的性能分析
• 5.3 IFFT 模块的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统验证
• 6.1 系统的结构及工作方式
• 6.2 脉压系统仿真结果比较
• 6.3 性能分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结
• 7.1 主要结论
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文