基于FPGA的毫米波探测器信号处理系统设计

论文摘要

在毫米波探测系统中，由于复杂多变的实际应用环境中存在大量的干扰及噪声，探测器与目标的交会姿态不能被完全预测，造成探测器获取目标回波产生奇异和变形，回波特征的稳定性变差，影响了目标的探测和识别，因此对探测器的回波进行有效的滤波处理是十分必要的。本文利用FPGA的高速可编程的特点进行FIR滤波器的设计来对探测信号中的干扰加以滤除。本文的主要研究内容如下：1、简述FIR数字滤波器的基本理论，以分布式算法为滤波器的硬件实现算法。针对分布式算法中查找表规模过大的缺点，对其进行了优化方面的讨论，利用线性FIR滤波器的对称性特点使得硬件规模极大的减小。2、基于FPGA，采用了并行和串行的设计方案，分别实现了4阶线性FIR低通滤波器和16阶FIR低通滤波器，在设计中都采用了层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个功能模块，利用VHDL语言设计方式进行了各个功能模块的设计，最终完成了FIR数字滤波器的系统设计。3、给出了采用FLEX10K系列器件实现一个16阶的FIR低通滤波器的设计实例，用QII6.0软件进行了仿真，并用MATLAB对仿真结果进行了分析，验证所设计的FIR数字滤波器功能正确。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和依据
• 1.2 国内外研究现状和发展动态
• 1.3 毫米波探测系统简介
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 FPGA、QII6.0、VHDL性能及特点
• 2.1 FPGA综述
• 2.2 FPGA的发展历程
• 2.3 FPGA设计方法
• 2.3.1 Top-down设计
• 2.3.2 Botom-up设计
• 2.4 QII6.0简介
• 2.5 VHDL语言
• 2.6 应用 VHDL进行工程设计数字系统的优点
• 2.7 基于 EDA工具的 CPLD/FPGA开发流程
• 2.8 FLEX10K系列可编程逻辑器件的特性
• 2.8.1 系统设计中采用可编程逻辑器件的优点
• 2.8.2 FLEX10K的内部结构
• 第二章 毫米波探测器中 FIR滤波器设计
• 3.1 数字滤波器基础
• 3.2 FIR数字滤波器原理
• 3.3 线性相位 FIR系统
• 3.3.1 线性相位型 FIR滤波器的优点
• 3.3.2 线性相位 FIR滤波器的结构
• 3.3.3 线性相位 FIR滤波器的性质
• 3.4 设计步骤
• 3.5 滤波器的性能要求
• 3.6 FIR滤波器的设计
• 3.6.1 滤波器的结构
• 3.6.2 系数计算
• 3.6.2.1 采用窗函数方法设计线性相位 FIR滤波器的方法
• 3.6.2.2 几种窗函数及窗函数选择原则
• 3.6.2.3 系数的量化
• 第四章 FIR的 FPGA实现
• 4.1 FIR数字滤波器的硬件实现方法
• 4.2 采用查找表方式的FIR滤波器
• 4.2.1 查找表简介
• 4.2.2 查找表的优化
• 4.2.3 全串行形式的分布式算法
• 4.2.4 设计实例
• 4.2.5 并行运算的分布式算法
• 4.2.6 本次设计采用的结构
• 4.3 FIR数字滤波器的硬件实现
• 4.3.1 FIR滤波器的模块划分
• 4.3.2 输入模块
• 4.3.3 乘累加模块
• 4.3.4 锁存模块
• 4.3.5 控制模块
• 4.4 FIR滤波器的系统设计
• 4.4.1 FIR滤波器顶层原理图
• 4.4.2 电路过程分析
• 4.4.3 结果分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 主要研究成果
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1