多通道相关干涉仪硬件模块FPGA设计与测向算法研究

论文摘要

现代电子战中需要处理的信号频带越来越宽,电磁干扰越来越大,传统的接收机已经无法满足在复杂背景环境中对目标信号进行监测的需求。宽带相关干涉仪测向系统作为无线电频谱监测的一个重要构成,利用多相滤波器组将接收的宽带信号分成多个窄带信号再分别处理,可以快速方便地筛选出用户感兴趣的信号,并对来波信号的方位角和俯仰角进行测向定位,在信息战中得到了广泛的应用。本文以软件无线电的基本思想为指导,即构建一个通用的,标准化和模块化的硬件平台,尽可能使A/D转换靠近天线,减少模拟环节,实现软件可编程的具有灵活性和开放性的通信系统。首先,分析了数字信道化接收机的基础理论,并给出了系统的整体硬件结构框图,天线接收的中频信号先经过A/D采样,然后ISL5416对其进行数字下变频变换到基带,在ISL5416对输入信号进行抽取的过程中注意选取最佳的抽取因子组合以方便后续的信号处理,下变频得到的三通道的输出信号在相位补偿和阵元切换后模拟出9阵元的数据;然后,在推导多相滤波器组高效信道化结构的基础上,对输入信号进行信道化处理,研究如何通过改变数据预排序的存储结构方式实现4096可变点信道化;信道化处理后的数据通过PCI Express进行传输,通过对主从设备的状态机设计实现数据的完整性传输;本文还对频域检测算法的检测门限作了探讨,将雷达中常用的恒虚警门限检测算法移植到多相滤波器组的输出信号模型上,并对几种常用的检测算法作了性能仿真分析;同时,也对宽带相关干涉仪测向算法的相似度函数选取对测向精度的影响作了相关的仿真分析。最后,通过对系统的整机调试,验证了系统的可靠性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 数字下变频的理论与实现
• 2.1 信号采样理论
• 2.1.1 奈奎斯特采样定理
• 2.1.2 带通信号采样理论
• 2.1.3 模数 A/D 转换技术
• 2.2 数字下变频DDC 技术
• 2.2.1 数字控制振荡器
• 2.2.2 积分梳状（CIC）滤波器
• 2.2.3 半带（HB）滤波器
• 2.3 ISL5416 数字下变频
• 2.3.1 ISL5416 简介
• 2.3.2 数字下变频最佳的抽取因子组合
• 2.4 本章小结
• 第三章 数字信道化的FPGA 设计与数据传输
• 3.1 基于多相滤波的信道化理论
• 3.1.1 多相滤波结构
• 3.1.2 信道化滤波器组
• 3.1.3 多相滤波结构的高效信道化
• 3.2 基于多相滤波信道化的FPGA 实现
• 3.2.1 数据预排序
• 3.2.2 加权求和滤波
• 3.2.3 可变点 FFT
• 3.2.4 大点数信道化
• 3.3 PCI-E 数据传输的 FPGA 设计
• 3.3.1 PCI 总线
• 3.3.2 PCI 总线信号定义
• 3.3.3 PCI 总线的传输机制
• 3.3.4 PCI 接口程序的FPGA 设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 频域检测算法
• 4.1 多相滤波器组输出信号的概率密度函数
• 4.1.1 多相滤波器组输出信号的数学模型
• 4.1.2 概率密度函数
• 4.2 单元平均恒虚警门限检测算法
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 仿真实验
• 4.3 有序统计量恒虚警门限检测算法
• 4.3.1 算法原理
• 4.3.2 仿真实验
• 4.4 删除单元平均恒虚警门限检测算法
• 4.4.1 算法原理
• 4.4.2 仿真实验
• 4.5 自动删除均值恒虚警门限检测算法
• 4.5.1 算法原理
• 4.5.2 仿真实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 宽带相关干涉仪测向算法
• 5.1 阵列接收模型
• 5.2 二维相关干涉仪算法
• 5.3 二维相关干涉仪测向算法性能分析
• 5.3.1 相似度函数对测向精度的影响
• 5.3.2 基线选取对测向精度的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统联调及分析
• 6.1 系统调试流程
• 6.2 本章小结
• 第七章 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果