基于梳状滤波的宽带数字接收机的研究与FPGA实现

论文摘要

面对日益复杂的电子战环境,要求必须在很宽的带宽范围内,对雷达信号进行实时检测和参数估计。传统的模拟接收机已经无法满足实际的需要,随着大规模集成电路的发展,宽带数字接收技术成为电子侦察的一个重要发展方向。本文提出了一种基于梳状滤波的宽带数字接收机的实现方法,并介绍了方案在FPGA中的实现。首先介绍了电子战中数字接收机的地位、意义和发展概况。随着微电子技术的迅速发展,数字信号处理器件的处理速度得到了很大的提高,在一定程度上满足了电子战中实时性的要求,特别是具备高速信号处理能力的FPGA芯片的发展,为宽带数字接收机的实现提供了很好的平台。本文的核心部分是基于梳状滤波的宽带数字接收机的实现方法。方案中利用短时傅立叶变换（STFT）,通过门限检测和谱线判决的方法检测出信号,进而对信号起止点、脉宽、频率进行估计。同时,针对FPGA的特点对算法进行了改进,利用Winograd快速傅立叶算法,通过并行处理的方法实现了对正交两路1GHz速率数据的实时处理。方案采用了Xilinx公司Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成了设计,并对设计进行了硬件仿真,验证了算法的正确性和可实现性。最后结合本设计对FPGA系统设计过程中的经验进行了总结,主要围绕设计的原则与常用优化技巧展开讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文内容简介
• 第二章 FPGA 的结构特点与芯片选型
• 2.1 FPGA 的结构特点
• 2.2 FPGA 的设计流程
• 2.3 FPGA 芯片的选择
• 第三章 基于梳状滤波的宽带数字接收机的系统方案
• 3.1 系统方案的总体思路
• 3.2 窗函数
• 3.3 STFT
• 3.3.1 FFT 运算中的输入数据重叠
• 3.3.2 Winograd 快速傅立叶变换算法
• 3.4 谱线求模
• 3.5 门限检测与谱线判决
• 3.5.1 门限确定
• 3.5.2 谱线判决
• 3.6 信号检测的虚警与漏检
• 3.7 信号参数估计
• 3.8 系统仿真与性能分析
• 3.8.1 系统性能分析
• 3.8.2 信号未充满STFT 窗的说明
• 第四章 系统的FPGA 实现
• 4.1 数据的串并转换
• 4.2 信号加窗模块
• 4.3 STFT 模块
• 4.3.1 8 点串行FFT 模块
• 4.3.2 旋转因子生成与复数乘法模块
• 4.3.3 8 点全并行FFT 模块
• 4.3.4 STFT 模块时序仿真
• 4.4 复数求模模块
• 4.5 门限检测与谱线判决模块
• 4.5.1 最高谱线判决
• 4.5.2 通道化信号
• 4.6 谱线去凹陷与毛刺模块
• 4.6.1 谱线去凹陷
• 4.6.2 信号通道调换
• 4.6.3 谱线去毛刺
• 4.7 信号参数估计模块
• 4.8 系统的仿真
• 第五章 FPGA 硬件设计经验总结
• 5.1 FPGA 数字系统设计基本原则
• 5.2 常用的设计思想与技巧
• 5.3 VHDL 设计优化
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文