基于FPGA的雷达信号处理系统的设计

论文摘要

近年来,随着科学技术的发展,雷达已经广泛应用于生产生活的诸多领域,尤其在工业生产安全中也起着重要的作用,但由于雷达较高的成本、较高的技术要求等因素的限制,使雷达在工业生产中未得到广泛的应用。所以提高雷达测距的精度、可靠性和降低成本成为国内外许多学者的研究课题。现场可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)的发展及EDA技术的广泛应用,为雷达信号处理的方法开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性,同时节省了外围电路,使算法模块的集成度大大提高。本文以FPGA为核心,代替DSP器件进行高速数字信号处理的工作,用硬件描述语言和原理图输入进行了硬件设计,然后由FPGA实现了FFT(快速傅里叶变换),最终达到对雷达信号处理的目的。使用FPGA避免了其它微处理器在恶劣条件下程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题,提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性,减少了系统硬件开发周期,节省了外围设备的电路,降低了设计开发成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 课题的研究背景、研究目的和研究意义
• 1.3 本课题的主要研究内容与论文的组织结构
• 第二章 FPGA设计简介
• 2.1 可编程逻辑器件
• 2.1.1 ASIC的分类
• 2.1.2 FPGA器件简介
• 2.2 Altera公司Cyclone型FPGA器件简介
• 2.3 Altera系列FPGA开发语言和开发环境
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 硬件描述语言
• 2.3.3 Quartus II集成开发环境介绍
• 2.3.4 Modelsim集成开发环境介绍
• 2.4 FPGA的设计要点
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 自顶向下（Top-Down）设计理念
• 2.4.3 FPGA系统的设计流程
• 第三章 雷达传感器简介
• 3.1 接口与原理框图
• 3.1.1 外观及原理框图
• 3.1.2 接口定义
• 3.1.3 参数说明
• 3.2 性能说明
• 3.3 应用原理
• 3.3.1 对静态物体进行距离测量的FMCW雷达
• 3.3.2 对运动物体的距离和速度同步测量的FMCW雷达
• 3.4 雷达模块安装说明
• 第四章 FFT原理及硬件实现结构
• 4.1 基-2FFT算法
• 4.1.1 直接计算DFT的问题及改进途径
• 4.1.2 改善DFT运算效率的基本途径
• 4.1.3 基-2 FFT算法基本原理
• 4.1.4 DIT-FFT算法与直接计算DFT运算量的比较
• 4.1.5 DIT-FFT的运算规律
• 4.2 有限字长效应
• 4.3 块浮点数
• 4.4 FFT算法的硬件实现结构
• 4.4.1 流水线的设计思想
• 4.4.2 系统硬件结构设计
• 第五章 基于FPGA的雷达信号处理器的设计
• 5.1 ADS8556简介
• 5.1.1 ADS8556供电
• 5.1.2 ADS8556应用
• 5.1.3 ADS8556的FPGA实现
• 5.1.4 ADS8556使用注意事项
• 5.2 FFT处理器的FPGA设计
• 5.2.1 FFT处理器总体结构
• 5.2.2 RAM数据存储器单元的设计
• 5.2.3 ROM旋转因子模块的设计
• 5.2.4 蝶形运算单元的设计
• 5.2.5 地址产生单元的设计
• 5.2.6 控制单元的设计
• 5.3 基于FPGA的FFT的系统仿真
• 第六章 全文总结
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录一
• 附录二
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要
• Abstract