相参信号数字接收机的硬件实现

论文摘要

本文介绍了相参信号数字接收机各个模块的基本算法,其中包括正交变换、信号检测、信号识别、相参信号频率估计,详细讨论了相参线性调频信号频率估计算法,并以基于ADSP TS201S和FPGA(XC5VSX95T)的硬件平台来实现相参信号数字接收机,采用了一系列的优化方法,提高了系统信号处理的实时性。相参信号频率估计算法一种利用相参信息实现高精度频率估计的算法,先估计单脉冲的频率,然后以多个单脉冲频率估计值的均值作为参考频率,将相参脉冲串下变频至基带,在脉内对基带信号求和可得到一个正弦波信号。该正弦波的频率为原信号频率与参考频率之差,时间为脉冲串的持续时间,信噪比提高了N倍,N为脉内信号样本数,因此可获得此正弦波信号频率的高精度估计。利用该频率对参考频率进行修正就能获得原信号频率的高精度估计。本文着重研究了相参线性调频信号频率估计算法,提出了一种对齐起始点的算法。该算法利用线性调频信号的特点,即起始点估计的误差会导致起始频率的偏差。调频斜率为正(负)则以起始频率最大(小)的脉冲作为基准,对其他脉冲的起始点进行修正,即对齐脉冲串的起始点。另外,由于相参信号频率估计对脉冲串的累加相位连续性要求比较高,而在实际应用场合,由于外界环境的多变性及复杂性,各个脉冲的累加相位的线性性往往不是很好,经常会出现抖动(拐点位置),即在某些段线性性很好,但整体的线性性却遭到了一定程度的破坏。针对上述情况,本文提出了一种加权平均分段线性拟合方法很好的解决了这一问题。本文还讨论了相参信号数字接收机的软硬件实现,给出了具体的实现方法和实现步骤,在软件编程方面,给出了较好的编程规范和程序优化方法。对存储器配置时,合理的利用总线,减少总线冲突;将同时去用的数据放在不同的存储区域,提高总线利用率。最后DSP的运行结果表明相参脉冲频率估计精度满足了工程的要求,优化结果显著,达到了准实时的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究内容概括
• 第二章 背景知识
• 2.1 信号处理的一般概念
• 2.1.1 实信号的复数表示
• 2.1.2 克拉美—罗不等式
• 2.2 正弦波信号频率估计
• 2.2.1 Rife 频率估计算法
• 2.2.2 修正 Rife 频率估计算法
• 2.3 信号起止点估计
• 2.3.1 到达时间相关检测算法
• 2.3.2 基于haar 小波变换的到达时间估计算法
• 2.3.2.1 算法介绍
• 2.3.2.2 性能分析
• 2.4 信号分选
• 2.4.1 常规信号特征
• 2.4.2 线性调频信号特征
• 2.4.3 二相编码信号特征
• 2.4.4 四相编码信号特征
• 2.4.5 信号分选流程
• 第三章 脉内参数估计与相参脉冲信号频率估计算法
• 3.1 脉内参数估计
• 3.1.1 常规信号参数估计
• 3.1.2 线性调频信号参数估计
• 3.1.3 二相编码信号参数估计
• 3.1.4 四相编码信号参数估计
• 3.2 相参脉冲信号频率估计算法
• 3.2.1 相参常规信号频率估计算法
• 3.2.1.1 相参脉冲信号数学模型
• 3.2.1.2 对相参信号进行频率估计
• 3.2.2 相参线性调频信号频率估计以及起始点对齐算法
• 3.2.2.1 相参线性调频信号的数学模型
• 3.2.2.2 对相参信号进行频率估计
• 3.2.2.3 到达时间对齐
• 3.2.2.4 仿真实验
• 3.2.3 相参相位编码信号频率估计
• 3.2.4 相参信号频率估计算法总结
• 3.3 分段线性拟合及最优加权系数推导
• 3.3.1 拐点位置检测
• 3.3.2 最优加权系数推导
• 3.3.2.1 最优加权系数推导
• 3.3.2.2 数据处理结果和性能对比
• 第四章 系统的软件和硬件实现
• 4.1 总体设计方案
• 4.2 数字接收机的硬件平台
• 4.2.1 基于T16713 和XC2VP40 的硬件平台介绍
• 4.2.1.1 硬件框图
• 4.2.1.2 FPGA 和DSP 通信方式介绍
• 4.2.2 基于TS201 和XC5VSX95T 的硬件平台介绍
• 4.2.2.1 硬件框图
• 4.2.2.2 ADSP TS201 芯片介绍
• 4.2.2.3 FPGA 和DSP 通信方式介绍
• 4.3 数字接收机的软件平台
• 4.3.1 FPGA 模块
• 4.3.1.1 正交变换
• 4.3.1.2 相关检测
• 4.3.1.3 实现步骤
• 4.3.2 DSP 模块
• 4.3.2.1 Visual DSP++4.5 介绍
• 4.3.2.2 软件实现步骤
• 4.3.2.3 具体程序流程
• 4.4 程序开发过程中的注意点
• 4.4.1 实时运行模式与实时运行库
• 4.4.2 C/C++与汇编程序接口
• 4.4.3 C 程序优化
• 4.5 DSP 系统程序优化
• 4.5.1 程序优化设计方法
• 4.5.1.1 并行处理方式优化
• 4.5.1.2 流水线方式优化
• 4.5.1.3 程序的优化步骤总结
• 4.5.2 存储器优化配置
• 4.5.2.1 根据数据类型和长度分配存储空间
• 4.5.2.2 合理利用总线，减少总线冲突
• 4.5.3 其他优化方法
• 4.5.3.1 常量的处理
• 4.5.3.2 中间变量的处理
• 4.6 硬件平台处理结果
• 4.6.1 正弦波信号处理结果
• 4.6.2 线性调频信号处理结果
• 4.6.3 二相编码信号处理结果
• 第五章 总结与展望
• 5.1 对现有工作的总结
• 5.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间的研究成果