宽带数字阵雷达分数延时测量与实现技术研究

论文摘要

数字阵列雷达是一种接收和发射波束都以数字方式实现的全数字相控阵雷达。本文针对如何精确测量宽带数字阵雷达通道延时,如何对通道延时进行补偿也就是实现宽带信号的延时,从而提高数字波束形成的精度这些尚待解决的难题,进行了分数延时测量方法、分数延时实现方法的研究,主要内容为:1.研究宽带线性调频信号的延时测量。数字相控阵雷达各个阵元通道之间由于通道一致性会产生微小延时,本文用差拍法、插值相关法以及自适应法测量宽带LFM信号的延时并进行了仿真。结果表明差拍法能够较准确的测量出整数延时和小数延时;相关法能够精确的测量出整数延时,但是对于小数延时,存在着较大的误差,只能精确到小数的整数部分;自适应法在测量宽带LFM信号时存在着较大的误差。因而,可用差拍法测量宽带LFM信号的微小延时。2.对分数延时方法的研究。包括对各种基本分数延时方法的特点和优缺点以及实现方法的研究。并对IIR和FIR分数延时滤波器的设计方法、性能、硬件实现的复杂度和稳定度进行了分析和比较。3.研究了一种适用于相控阵雷达波束形成的分数延时滤波器的优化算法。采用多速率处理的方法来实现分数延时,其分支滤波器用频域加权最小二乘(WLS)逼近方法优化。与现有的方法进行比较,优点主要在于频域优化的范围小,可以大大减少运算时间,降低了滤波器的阶数和运算量;可以通过适当增加半带滤波器的通带范围,以HBF增加十几阶为代价,避免了繁琐的加权系数的计算;在确定了通带范围和纹波波动的情况下,只需要输入需要延时的数据,就能实现可变的延时,有利于FPGA的硬件实现。仿真验证了其正确性。4.基于FPGA的分数延时数字滤波器的实现研究。包括利用FPGA实现数字延时的关键技术,涉及到对系数的处理和误差分析,分布式算法和流水线技术,并以FPGA的IP核的方式实现了分数延时滤波器。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 相关技术和国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作及内容
• 第二章 宽带数字阵雷达信号延时的测量
• 2.1 概论
• 2.2 通道延时误差的测量方案
• 2.3 差拍法求延时
• 2.3.1 原理描述
• 2.3.2 仿真及仿真结果分析
• 2.4 相关法求延时
• 2.4.1 Lagrange 插值法
• 2.4.2 插值法估计延时的验证
• 2.5 自适应法求延时
• 2.5.1 原理描述
• 2.5.2 仿真及仿真结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 宽带分数延时滤波器设计
• 3.1 概述
• 3.2 分数延时数字滤波器的设计方法
• 3.2.1 IIR 分数延时滤波器的理论及特点
• 3.2.2 FIR 分数延时滤波器的理论及特点
• 3.2.2.1 最小二乘法（LS）设计分数延时FIR 滤波器
• 3.2.2.2 最大平坦FIR 分数延时滤波器设计
• 3.2.2.3 等纹波法设计分数延时滤波器
• 3.3 宽带分数延时滤波器的高效结构
• 3.3.1 多速率信号处理结构
• 3.3.2 FARROW 结构
• 3.4 宽带分数延时滤波器的优化设计方法
• 3.4.1 基于对称结构的低复杂度可变分数延时滤波器
• 3.4.2 多相滤波结构分数延时滤波器的实现
• 3.5 分数延时滤波器的matlab 仿真
• 3.5.1 MATLAB 中滤波器系数的生成
• 3.5.2 滤波器的仿真结果图及与已有方法的比较
• 3.5.3 宽带线性调频信号输入分数延时系统的仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 宽带分数延时数字滤波器的FPGA 实现
• 4.1 概述
• 4.2 FPGA 实现数字延时的关键技术
• 4.2.1 系数的处理与误差分析
• 4.2.2 分布式算法
• 4.2.3 流水线技术
• 4.3 分数延时滤波器的逻辑设计
• 4.3.1 VerilogHDL 语言和QuartusII 设计软件
• 4.3.2 Stratix 系列FPGA 简介
• 4.3.3 利用FPGA 器件特性实现宽带分数延时数字滤波器
• 4.3.4 可移植的宽带分数延时数字滤波器的实现
• 4.4 后仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 对本论文工作的总结
• 5.2 对未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果