一种高频雷达信号处理机前端算法研究

发布时间：2017-08-23 21:27

  本文关键词：一种高频雷达信号处理机前端算法研究

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【摘要】：数字化接收机雷达系统中信号处理核心部件,按照雷达小型化、轻便化的发展需求,同时伴随着数字信号处理硬件技术的发展,利用核心单芯片进行处理的方式正逐渐成为主流。本文详尽阐述了某天波超视距雷达数字化接收机前端算法原理流程及基于Kintex-7系列FPGA芯片的实现过程。传统的雷达信号处理机由于硬件发展水平限制,往往需要多个数据处理中心级联并行运算,在系统同步性,容错性方面指标不容乐观。本系统经理论分析并验证了利用单FPGA芯片完成多通道数字下变频、低通滤波和脉冲压缩技术,大大简化了系统硬件结构,增强了系统稳定性。文章首先分析了课题来源和意义,综述了天波超视距雷达发展及国内外研究现状,并分析了常用于雷达信号处理的数字下变频和脉冲压缩技术的国内外研究现状。第二章接着以欠采样定理开头详细分析了数字下变频有关理论知识,分析了数字下变频中抽取滤波器、补偿滤波器、整形滤波器的算法原理并进行了算法仿真,通过各级级联形式成功将载频75M的正扫频线性调频信号变频至零中频,并具有良好的阻带衰减,然后介绍了脉冲压缩去斜率处理的有关理论,最后在此基础上做出了回波信号与本振信号的去斜率仿真结果。以仿真模型为基础,第三章着重讲述了系统接收机FPGA实现方法。设计从AD采集数据开始,通过逻辑设计模块和官方IP核依次实现了滤波器模块和脉压处理模块,对滤波器模块进行了较为详细的参数分析。为了保证数据传输稳定,采用了AXI-4总线方式进行IP核的选取。同时为了保证系统指标稳定性,系统对同步性要求进行了额外设计,具有触发模块。第四章介绍了接收机的各个阶段的验证过程,验证方法采用MATLAB结合ISE仿真和在线逻辑分析仪(Chipscope)协调工作,在工程中插入分析程序,通过分析仪采集到电脑中再进行实测分析,直接分析问题,加快了整体实现进度。
【关键词】：高频波段雷达 数字下变频 去斜率处理 FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题来源与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状分析11-13
• 1.2.1 天波超视距雷达研究现状11
• 1.2.2 数字下变频11-12
• 1.2.3 脉冲压缩12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第二章 数字下变频技术和脉冲压缩技术理论分析15-31
• 2.1 数字下变频基础理论15-16
• 2.2 欠采样定理应用16-18
• 2.3 数字下变频中的数字滤波18-21
• 2.3.1 抽取滤波器（CIC滤波器）18-20
• 2.3.2 补偿滤波器（CFIR滤波器）20-21
• 2.3.3 整形滤波器（PFIR滤波器）21
• 2.4 数字下变频理论仿真21-24
• 2.5 脉冲压缩去斜率理论24-30
• 2.5.1 单个脉冲回波分析25-27
• 2.5.2 周期重复的线性调频脉冲信号27-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 接收机设计与数字信号处理实现31-55
• 3.1 处理机总体设计31-35
• 3.2 模数转换接口设计35-38
• 3.2.1 AD9628 数据采样35-36
• 3.2.2 SPI配置接口36-38
• 3.3 数字下变频算法设计实现38-47
• 3.3.1 本地振荡器39-40
• 3.3.2 数字混频器40-42
• 3.3.3 CIC滤波器42-45
• 3.3.4 CFIR滤波器和PFIR滤波器45-46
• 3.3.5 AXI-4 总线46-47
• 3.4 匹配滤波去斜率处理47-51
• 3.4.1 基带信号和本振信号47-49
• 3.4.2 傅里叶变换49-51
• 3.5 同步触发及时钟电路设计51-54
• 3.5.1 同步设计51
• 3.5.2 触发设计51
• 3.5.3 时钟电路设计51-52
• 3.5.4 DD3 接口缓存设计52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 接收机设计验证55-63
• 4.1 AD采样验证55-56
• 4.2 数字下变频器验证56-61
• 4.2.1 正交双通道混频器输出56-57
• 4.2.2 抽取滤波输出57-58
• 4.2.3 CFIR输出58
• 4.2.4 复数混频器输出频谱58-59
• 4.2.5 PFIR输出59-61
• 4.3 脉冲压缩去斜率验证61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 周万幸;;天波超视距雷达发展综述[J];电子学报;2011年06期

2 胡双雄;王文军;;线性调频、非线性调频及相位编码信号脉冲压缩处理研究[J];价值工程;2013年01期

3 赵研;苑蕾;;基于AD9268的短波接收全数字传输结构[J];电子元器件应用;2010年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 邵昕;天波超视距雷达（OTHR）抗瞬态干扰及海杂波抑制研究[D];电子科技大学;2007年

2 戴小燕;目标识别雷达频域脉冲压缩技术FPGA设计研究[D];电子科技大学;2009年

3 张孝龙;基于FPGA的软件无线电上下变频技术的研究与设计[D];南京邮电大学;2013年

4 匡宏印;基于FPGA的多通道双频数字化接收机研制[D];哈尔滨工业大学;2013年

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本文编号：727424