基于FPGA的多用途中频信号预处理机的研究与设计

发布时间：2022-08-07 18:37

　　在雷达和无线通信技术中,中频信号处理已成为关键技术之一。中频信号处理承接射频信号处理和基带信号处理,其处理性能的好坏直接影响着后续对信号的采集与分析,在整个信号处理中起着至关重要的作用。而中频信号预处理则包括对射频信号处理后的模拟中频信号的衔接引入以及部分中频信号处理等功能。本文旨在基于雷达信号和仪器仪表信号两种不同的信源来研究和设计多用途的中频信号预处理机,即基于数字下变频和抽取滤波等理论,在信号不失真的前提下,达到信号频谱搬移、数据率降低和数字滤波的目的,从而减轻后续信号处理的压力。本文的主要工作包括:（1）在某雷达多极化识别系统中,基于Altera FPGA设计了一种雷达中频信号预处理机。采用信号调理模块完成模拟中频到数字中频的转换;采用数字下变频模块完成中频信号到基带的频谱搬移,并提取出有用信号。（2）在某仪器仪表多通道中频信号处理系统中,基于Xilinx FPGA设计了一种仪器仪表中频信号预处理机,实现数字下变频和数字滤波的功能,解决了由于分辨率带宽、信号捕获时间和频率分辨率之间的矛盾所导致的高频信号无法分析的问题。（3）以线性调频脉冲信号为例,探讨了在某雷达多极化识别系统中... 

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究的背景和意义
    1.2 数字前端信号处理的研究现状
        1.2.1 软件无线电的研究现状
        1.2.2 数字下变频的研究现状
        1.2.3 脉冲压缩的研究现状
    1.3 论文的主要研究内容及成果
        1.3.1 基于AlteraFPGA的雷达中频信号预处理机的设计
        1.3.2 基于XilinxFPGA的仪器仪表中频信号预处理机的设计
        1.3.3 脉冲压缩处理后的结果分析
    1.4 论文的组织结构
第2章 数字前端信号处理的基础理论
    2.1 引言
    2.2 软件无线电
        2.2.1 软件无线电的定义
        2.2.2 软件无线电的基本结构
    2.3 带通采样理论
    2.4 正交变换理论
    2.5 抽取理论
        2.5.1 低通信号的整数倍抽取
        2.5.2 带通信号的整带抽取
    2.6 匹配滤波
    2.7 本章小结
第3章 基于AlteraFPGA的雷达中频信号预处理机的设计
    3.1 引言
    3.2 雷达中频信号预处理机的设计
    3.3 信号调理模块设计
        3.3.1 差分信号放大器模块
        3.3.2 采样时钟模块
        3.3.3 A/D转换模块
        3.3.4 并串转换模块
    3.4 基于AlteraFPGA的数字下变频模块设计与仿真
        3.4.1 NCO模块的设计与仿真
        3.4.2 FIR低通滤波器的设计与仿真
    3.5 雷达中频信号预处理机的仿真验证及结果分析
    3.6 本章小结
第4章 基于XilinxFPGA的仪器仪表中频信号预处理机的设计
    4.1 引言
    4.2 仪器仪表中频信号预处理机的设计
    4.3 基于XilinxFPGA的数字下变频模块的设计与仿真
        4.3.1 DDS模块的设计与仿真
        4.3.2 FIR低通滤波器的设计与仿真
    4.4 基于XilinxFPGA的数字滤波模块的设计与仿真
        4.4.1 积分梳状滤波器的设计与仿真
        4.4.2 CIC补偿滤波器的设计与仿真
        4.4.3 FIR低通滤波器的设计与仿真
    4.5 仪器仪表中频信号预处理机的仿真验证及结果分析
    4.6 本章小结
第5章 脉冲压缩处理后的结果分析
    5.1 引言
    5.2 脉冲压缩理论
        5.2.1 脉冲压缩原理
        5.2.2 线性调频信号的脉压分析
        5.2.3 线性调频信号的旁瓣抑制
    5.3 多普勒频移对脉冲压缩的影响
        5.3.1 多普勒频移原理
        5.3.2 线性调频信号的多普勒敏感性分析
    5.4 I/Q时序问题对脉冲压缩的影响
        5.4.1 I/Q信号颠倒
        5.4.2 I/Q信号错位
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 论文研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
致谢
详细摘要


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RGB统计颜色模型的火焰识别[J]. 陈嘉卿,张冰,宋英磊.  江苏科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]基于FPGA的CIC滤波器的优化设计[J]. 李怡琳,肖顺文,易欢,杨湲.  西华师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]可变带宽数字下变频的设计与FPGA实现[J]. 李飞,冯晓东,李华会.  电子技术应用. 2016(04)
[4]机载PD雷达宽带线性调频信号运动补偿[J]. 曹书华,汪凌艳,赵鹏,张建凌,吴磊.  火力与指挥控制. 2015(06)
[5]基于DSP Builder的数字下变频技术[J]. 郑呈斌,谢君尧,李建奇,蒋瑜.  信息技术. 2015(05)
[6]可变带宽的多级滤波器数字下变频设计[J]. 赵良羽.  电子技术应用. 2014(03)
[7]应用于数字下变频中CORDIC算法的FPGA实现[J]. 闫温合,胡永辉,李瑾琳,何在民,吴成英,赵坤娟.  时间频率学报. 2014(01)
[8]软件无线电关键技术分析[J]. 王忠思,黄辉,周亚民.  信息通信. 2011(06)
[9]基于CORDIC算法的FPGA实现[J]. 肖振华,林水生.  实验科学与技术. 2011(05)
[10]以ⅡR滤波器作补偿的CIC滤波器设计[J]. 徐向斌,栾晓明,张茂磊,王朝.  信息技术. 2011(09)

硕士论文
[1]基于FPGA的数字下变频研究和实现[D]. 宋红艳.山东大学 2016
[2]软件无线电数字下变频技术的研究及FPGA实现[D]. 周云.西南交通大学 2016
[3]调频信号脉冲压缩的FPGA实现[D]. 刘霄.北京理工大学 2016
[4]雷达信号处理脉冲压缩的设计与实现[D]. 汤海华.西安电子科技大学 2014
[5]数字下变频器和脉冲压缩的研究与设计[D]. 阎炜.西安电子科技大学 2014
[6]基于FPGA的非线性调频信号脉冲压缩的实现[D]. 徐飞.西安电子科技大学 2014
[7]基于软件无线电的数字接收机[D]. 李浩.电子科技大学 2013
[8]雷达信号脉冲压缩及多普勒敏感性分析[D]. 刘春鸣.西安电子科技大学 2013
[9]基于分布式算法的FIR滤波器的实现与应用[D]. 凌春丽.南京林业大学 2012
[10]软件无线电数字下变频模块研究及其FPGA实现[D]. 闫涛.合肥工业大学 2012



本文编号：3670838