雷达信号处理算法的硬件实现

论文摘要

如今雷达技术之所以能够取得快速的发展,非常重要的一个原因就是数字信号处理技术在雷达系统中的应用。自从现场可编程门阵列(FPGA)出现后,就以其特有的优势迅速在数字信号处理中获得了广泛的应用。因此,雷达信号处理中的很多算法都是通过FPGA来实现的。本文重点研究了脉冲压缩和单脉冲测角的原理,列举出几种常用的实现方法,并比较它们之间的特点。在此基础上,分别选择时域实现的方法以及振幅和差单脉冲测角算法,运用verilog硬件描述语言设计出了脉冲压缩算法和单脉冲测角算法的FPGA代码。脉冲压缩算法的实现结构主要是由寄存器,乘法IP核等组成。其数据处理流程是将输入的数据存入寄存器中,然后通过乘法IP核和加法运算来完成卷积运算,得到脉冲压缩的结果。单脉冲测角算法的实现结构主要是由寄存器、脉冲压缩模块和除法器模块构成。其数据处理流程是将输入的“差信号”与“和信号”分别存入两组寄存器中,然后通过脉冲压缩模块对其进行脉冲压缩处理,并将脉冲压缩结果送入除法器模块中,通过Restoring算法实现除法操作,得到目标的角度信息。最后,运用Xilinx ISE综合开发软件和Modelsim仿真软件对FPGA代码进行仿真,并将仿真的结果和MATLAB仿真得到的预期结果进行对比,对比结果显示:脉冲压缩算法的仿真波形和预期的结果波形十分相似;单脉冲测角算法的仿真结果和预期结果很接近,说明基于FPGA的雷达信号处理算法逻辑正确,达到了设计的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 雷达发展概况
• 1.2 信号处理在雷达中的应用
• 1.3 本文主要内容和结构安排
• 2 脉冲压缩技术
• 2.1 脉冲压缩技术的概念
• 2.2 脉冲压缩理论
• 2.3 线性调频脉冲信号
• 2.4 线性调频信号的匹配滤波算法
• 2.5 本章小结
• 3 单脉冲测角
• 3.1 角度测量技术的发展
• 3.2 振幅和差单脉冲雷达原理
• 3.3 本章小结
• 4 FPGA 概述
• 4.1 FPGA 发展概况
• 4.2 FPGA 开发平台
• 4.3 FPGA 的特点
• 4.4 FPGA 在雷达信号处理中的应用
• 4.5 本章小结
• 5 脉冲压缩算法的FPGA 实现
• 5.1 数字脉冲压缩的实现方法及比较
• 5.2 实现方案的选择及算法结构
• 5.3 算法设计及实现
• 5.4 仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 6 单脉冲测角算法的FPGA 实现
• 6.1 算法设计
• 6.2 除法器的实现
• 6.3 基于FPGA 的单脉冲测角算法的实现仿真
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结及建议
• 7.1 全文总结
• 7.2 对未来工作的建议
• 致谢
• 参考文献