基于FPGA的LFMCW高度表设计

发布时间：2020-03-25 15:04

【摘要】：线性调频连续波雷达高度表具有很长的发展历史,相比于其他类型的高度表,其具有辐射功率小、设备设计简单、测距精度高、无距离盲区、重量轻、体积小以及不受天气影响等优点。基于这些优点,LFMCW雷达高度表在航天、航空和航海等军事领域中得到广泛应用。近几年,随着高度表的应用环境越来越复杂以及人们对高度表的性能要求越来越高,研究出一款兼容性强、精度高和实时性能好的雷达高度表具有重要意义。本文重点研究基于FPGA的雷达高度表设计,针对高度表中的信号处理方法进行详细分析并给出系统的总体设计方案,最终完成对该雷达高度表的验证。本论文阐述LFMCW雷达的基本结构及测高原理,并对面目标回波模型进行仿真分析,对比分析恒定差拍频率和恒定调制周期两种工作体制高度表的优缺点。论文中还阐述了栅栏效应、噪声和多普勒效应对高度表测量精度的影响,对多种频谱分析方法的原理进行深入探究,并对这些方法在单个目标和多个目标下进行matlab仿真分析。本系统采用多通道恒定差拍频率的工作体制,所有数字信号处理过程均由FPGA独立完成,FPGA具有强大的并行信号处理能力和很强的灵活性,适合本实验系统的分析和验证。本实验在高度表系统中加入自检模块、功率控制模块和高度校准模块,有效提高了系统的自适应性、稳定性和通用性。系统将4m~10000m的测量高度范围分为非均匀的五个区间,每个区间对应不同的恒定差拍频率值,在低高度时采用较小的恒定差拍频率值,有效解决飞行器飞行在低高度时由于采样点数不足导致系统灵敏度过低的问题,而在高高度时采用较大的恒定差拍频率值,克服飞行器飞行在高高度时由于调制时间过长导致系统实时性能较差的缺点。为了准确求出差拍信号的频率值,本实验将多种频谱分析方法通过FPGA实现,并对三种频谱细化方法下的FPGA资源使用情况进行对比分析,通过高度表模拟测试仪对各方法的性能进行测试分析。综合各方法的优点,将Chirp-Z变换和ZFFT变换相结合作为本高度表系统的信号处理方法。该方法下的高度表系统不但解决了低高度灵敏度差和高高度实时性能差的问题,而且FPGA的资源使用率得到下降,系统的数字信号处理速度也得到了提升,有效降低了工程成本。最终通过无人机挂飞实验对高度表系统的功能进行验证,并达到各项设计指标要求。
【图文】：

互之间可以进行合并提供更大的电流，合并方法如图 4.1 所示。4A4A4A4A4A4A8A4A12A16ALTM4644EY 电源芯片的通道组合方式输出端的电阻与输出电压之间的关系为：60.4( )( 1)0.6FBOUTkNRV (4-1)中 N 为合并通道个数，OUTV 为输出电压的大小。由图 4.2 可知，，过90.9k 、60.4k 、30.1k 和13.3k 大小的电阻得到1.0V 、1.2V 输出电压供数字信号处理板使用。

图4只+12勺和+SV
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN958;TN791

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本文编号：2600061