基于时分复用的PD雷达数字信号处理器的设计与实现

发布时间：2017-09-18 06:04

  本文关键词：基于时分复用的PD雷达数字信号处理器的设计与实现

  更多相关文章： 脉冲多普勒雷达 数字下变频 脉冲压缩 动目标检测 时分复用

【摘要】：数字雷达系统以其高精度、强抗干扰性、高稳定性等特点成为了新一代雷达体系的发展方向,在军事、民用方面都有着十分广泛的应用。传统的基于FPGA+DSP平台的雷达信号处理器,不能满足弹载雷达低功耗、小型化的要求,同时所需的成本也比较高。随着集成电路技术的不断发展与进步,单个芯片的处理能力得到了提升,采用专用集成电路(ASIC)比传统的FPGA+DSP平台处理速度更快、面积更小、功耗更低、可靠性更高,并且易于大规模生产以降低成本,因此有必要采用ASIC技术实现雷达信号处理器的设计。本文基于雷达信号处理的理论知识,主要研究了脉冲多普勒(PD)雷达信号处理器的设计及其ASIC实现。首先对PD雷达信号处理流程进行了研究,确定了数字下变频(DDC)、脉冲压缩(PC)、动目标检测(MTD)所采用的算法;其次分析了基于IP核设计的流水线结构PD雷达处理器的特点,虽然基于IP核的设计缩短了开发周期,且流水线结构的数据吞吐量大,但是由于PD雷达是间歇性工作的,对于发射信号、接收信号、切换相干处理周期(CPI)这三个时间段,每个时间段都只有一个IP核处于工作状态,导致硬件资源利用率很低,针对该缺点本文提出了一种时分复用的处理器结构,根据脉冲压缩长度64~1024和脉冲积累个数8~64可配置的要求并结合各个处理流程的运算特点,分析各个时间段所需要完成的运算量及所需的硬件资源,并完成模块的划分、设计与实现;最后,对本文的设计进行功能验证、电路实现及一致性检查。本论文采用Matlab和Modelsim搭建验证平台,对PD雷达信号处理器进行了功能验证,在不同配置模式下,将雷达信号处理器各个处理过程包括DDC、PC、MTD的处理结果与Matlab模型各个处理过程的处理结果进行对比,计算出两个运算结果的相对误差,其相对误差值为10-4数量级,该精度符合雷达信号处理的要求,说明电路的功能是正确的。本文使用Synopsys公司的综合工具Design Compiler,采用芯原公司0.1版本的SMIC 0.13μm标准工艺库,完成了所设计的PD雷达数字信号处理器的电路实现,该PD雷达信号处理器的工作频率为200MHz,该频率下处理器能实时的完成所需的信号处理,处理器的面积为8858093.855μm2,整个处理器的设计采用时分复用的方式节省了PC IP核和MTD IP核的面积,整体的面积减少了17%。最后通过Formality软件进行了形式验证,确保综合后的门级网表和RTL级代码设计的一致性。
【关键词】：脉冲多普勒雷达 数字下变频 脉冲压缩 动目标检测 时分复用
【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】：2015
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 课题背景及意义15-16
• 1.2 发展现状16
• 1.3 论文的主要工作及内容安排16-19
• 1.3.1 论文的主要工作16-17
• 1.3.2 论文的内容安排17-19
• 第二章 PD雷达信号处理流程及其算法介绍19-33
• 2.1 PD雷达的处理流程19
• 2.2 数字下变频19-23
• 2.2.1 低通滤波法20
• 2.2.2 多相滤波法20-22
• 2.2.3 算法分析与选择22-23
• 2.3 脉冲压缩23-28
• 2.3.1 脉冲压缩的原理23-25
• 2.3.2 快速傅里叶变换25-27
• 2.3.3 算法的分析与选择27-28
• 2.4 动目标检测28-31
• 2.4.1 动目标检测的原理28-31
• 2.4.2 算法分析与选择31
• 2.5 恒虚警检测与速度距离解模糊技术31-32
• 2.5.1 恒虚警检测技术31
• 2.5.2 速度距离解模糊技术31-32
• 2.5.3 恒虚警处理和解模糊技术的实现32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 时分复用结构的PD雷达处理器的设计33-55
• 3.1 PD雷达信号处理器基本实现结构分析33-37
• 3.2 时分复用结构的PD雷达信号处理器的规划与设计37-38
• 3.2.1 数据位宽的选择37
• 3.2.2 PD雷达信号处理器的整体结构37-38
• 3.3 时分复用结构的PD雷达信号处理器的子模块设计38-52
• 3.3.1 乘法器阵列模块的设计38-40
• 3.3.2 数据控制模块的设计40-42
• 3.3.3 数据后处理模块的设计42-44
• 3.3.4 数据调整模块的设计44-46
• 3.3.5 地址产生模块的设计46-49
• 3.3.6 逻辑控制模块的设计49-51
• 3.3.7 存储模块和蝶形因子模块设计51-52
• 3.4 时分复用结构的PD雷达信号处理器的工作步骤52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 时分复用型PD雷达信号处理器的验证与实现55-67
• 4.1 PD雷达信号处理器的功能验证与误差分析55-63
• 4.1.1 验证平台的搭建55-56
• 4.1.2 仿真结果及误差分析56-63
• 4.2 电路实现及性能评估63-65
• 4.2.1 PD雷达信号处理器的约束设置63
• 4.2.2 PD雷达信号处理器的性能评估63-65
• 4.3 形式验证及其验证报告分析65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 论文总结67
• 5.2 工作展望67-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-73
• 作者简介73-74

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本文编号：873788