基于FPGA的雷达信号数字接收机的实现

论文摘要

在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用,为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。本文利用FPGA技术,设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台,并提出了数字接收机实现的可行性方法,以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分:1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真:对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测,利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比,通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计,采用Rife算法。通过Matlab仿真,表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能,适合用作FPGA硬件实现。2、算法的FPGA硬件实现:针对原算法中极大消耗运算量的相关运算,考虑到FPGA并行处理的特点,将原算法修改为并行相关算法,并加入流水线,这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计,系统测试结果表明,本设计能正常工作,满足系统设计要求。文章的最后,结合系统设计给出几种VHDL优化方法,主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外在该方向的发展现状及未来趋势
• 1.3 论文内容概括
• 第二章 信号检测与参数估计理论
• 2.1 信号检测算法
• 2.1.1 相关检测算法及性能
• 2.1.2 并行相关检测算法分析
• 2.1.3 检测门限的确定
• 2.2 信号起始点与脉宽估计
• 2.3 信号幅度估计
• 2.3.1 自相关累加法
• 2.3.2 基于DFT 谱线的幅度估计法
• 2.3.3 算法性能分析
• 2.4 快速测频
• 2.4.1 算法介绍
• 2.4.2 算法应用及性能分析
• 2.5 正弦波频率估计
• 2.5.1 Rife 算法
• 2.5.2 修正Rife 算法
• 2.5.3 计算量与性能分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 系统FPGA 总体设计方案
• 3.1 系统概述及总体结构框架
• 3.2 系统指标和特点
• 3.3 Xilinx 公司FPGA 器件开发系统与设计流程
• 3.4 芯片型号的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于FPGA 器件的系统的实现与仿真
• 4.1 概述
• s2pv2）'>4.2 数据串并转换模块（addata_s2pv2）
• dtct）中各子模块的设计思想及实现'>4.3 并行相关检测估计模块（sch_dtct）中各子模块的设计思想及实现
• 4.3.1 FIFO 存储器模块（myfifo）
• ch_cor）'>4.3.2 信号自相关检测模块（one_ch_cor）
• 4.3.3 快速测频模块（ifm）
• 4.3.4 起始点与脉宽估计模块（est4k）
• 4.3.5 起始点与脉宽梯形法修正及信号幅度估计模块（stpwm）
• 4.3.6 最终的起始点、脉冲宽度、信号幅度、检测脉冲输出模块（stpwgen）
• 4.3.7 Rife 测频模块（rife）
• 4.3.8 小结
• 4.4 系统的仿真和硬件调试
• 4.5 本章小结
• 第五章 VHDL 语言设计系统的经验总结
• 5.1 如何优化VHDL 设计
• 5.1.1 VHDL 优化方法
• 5.1.2 本文系统设计中的一些VHDL 优化示例
• 5.2 速度和面积的优化
• 5.2.1 通过VHDL 设计优化系统速度
• 5.2.2 通过VHDL 设计优化面积
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 课题特点
• 6.3 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间的研究成果