超宽带穿墙探测雷达数据处理终端设计与实现

论文摘要

手持超宽带穿墙探测雷达是一种新型的、基于超宽带技术的脉冲雷达。该探测雷达利用超宽带信号高分辨和强穿透特性,在接收端获得探测空间复杂目标的回波信号,通过特定的信号处理算法可实现对隐藏在墙壁等遮掩体后的活动目标进行监测和高精度定位,在反恐行动和灾后搜救等领域有着广泛的应用前景。本文根据系统实时性和便携性的要求,研究了手持超宽带穿墙探测雷达系统数据处理终端的软硬件设计。主要完成了以下几个方面的工作:1、对超宽带雷达探测系统基本理论及工作原理进行了深入分析,根据超宽带信号的特性以及穿墙探测雷达的特点,对雷达回波信号模型和回波特性进行了研究,并通过测试实验对天线阵各接收通道信号形式进行了分析,为终端数据处理系统的设计提供了理论依据。2、根据穿墙探测雷达系统的整体结构,设计并实现了一种基于DSP TMS320C6711和ARM S3C2410嵌入式双处理器的雷达数据处理硬件平台,由DSP作为专用数据处理单元完成隐藏活动目标定位算法处理,由ARM作为主控机完成接收机预处理后的回波信号采集、动目标方位信息的实时显示以及系统控制等功能。3、结合所采用的雷达数据处理硬件平台,完成了与之配套的软件系统设计。包括DSP和ARM系统bootloader自启动设计、系统初始化参数设定、内存分块管理、系统中断资源管理、ADC数据采集控制以及LCD用户图形界面设计等。4、针对系统采用的单发多收天线阵列结构,研究了采用后向投影算法进行隐藏活动目标定位的基本原理,并将后向投影算法应用于DSP硬件实现。根据系统实时性要求,采用CORDIC算法对定位算法中耗时较大的运算单元进行等效优化,提高了目标成像处理实时性。本文研究中,完成了穿墙探测雷达数据处理终端硬件平台搭建,软件系统设计以及定位算法的优化实现,为便携式穿墙探测雷达系统的后期研制打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 穿墙探测技术的研究背景和意义
• 1.2 超宽带穿墙探测技术国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 穿墙探测雷达基本理论及回波模型分析
• 2.1 穿墙探测雷达系统结构框图
• 2.2 穿墙探测雷达发射信号概述
• 2.2.1 超宽带信号的定义
• 2.2.2 超宽带信号的形式
• 2.3 穿墙探测雷达回波模型与回波特性分析
• 2.3.1 穿墙探测雷达回波模型
• 2.3.2 穿墙探测雷达回波特性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 穿墙探测雷达数据处理终端硬件系统设计
• 3.1 穿墙探测雷达数据处理终端概述
• 3.2 DSP数据处理模块构建
• 3.2.1 DSP器件选型
• 3.2.2 DSP硬件系统介绍
• 3.3 ARM模块硬件结构设计
• 3.3.1 电源电路设计
• 3.3.2 晶振电路设计
• 3.3.3 复位电路设计
• 3.3.4 SDRAM接口电路设计
• 3.3.5 Flash接口电路设计
• 3.3.6 JTAG调试接口设计
• 3.3.7 串行接口电路设计
• 3.3.8 LCD接口设计
• 3.4 基于双口RAM的数据接口设计
• 3.4.1 IDT70V261双口RAM功能简介
• 3.4.2 数据接口硬件电路设计
• 3.5 系统印制板的设计实现
• 3.5.1 原理图设计
• 3.5.2 PCB图设计
• 3.5.3 硬件系统调试
• 3.6 本章小结
• 第四章 穿墙探测雷达数据处理终端软件系统设计
• 4.1 DSP模块软件系统设计
• 4.1.1 DSP二次bootloader设计
• 4.1.2 EMIF初始化
• 4.1.3 中断资源控制
• 4.1.4 EDMA应用
• 4.2 ARM模块软件系统设计
• 4.2.1 ARM bootloader设计
• 4.2.2 ADC数据采集控制
• 4.2.3 定时器设置
• 4.2.4 ARM中断资源管理
• 4.2.5 DMA应用
• 4.2.6 LCD图形界面设计
• 4.3 双口RAM接口电路软件配置
• 4.3.1 共享数据读写时序配置
• 4.3.2 双边中断逻辑应用
• 4.4 本章小结
• 第五章 后向投影算法在穿墙探测雷达中的应用
• 5.1 后向投影算法应用原理
• 5.2 后向投影算法优化实现
• 5.2.1 CORDIC算法原理
• 5.2.2 CORDIC代码编写
• 5.2.3 运算结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果