频率步进SAR雷达系统方案设计与信号处理实现
发布时间：2021-11-28 07:44
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）一种高分辨率雷达。近几十年,随着硬件平台性能和数字信号处理技术的发展,SAR雷达在军事和国民领域的应用前景和发展潜力得到了极大的提高。频率步进波形（Stepped frequency,SF）是近年来被广泛使用在高精度雷达的一种波形。通过发射和接收一组具有不同载频的相参脉冲信号,雷达使用距离像合成来得到高分辨距离像从而减小系统的瞬时带宽。在SAR雷达中使用SF信号可以在提高SAR雷达的距离分辨率时,降低雷达接收机带宽和采样率。本论文基于某科研项目,结合微波三维成像技术,完成了三维频率步进SAR雷达系统方案设计与信号处理实现。与传统的系统相比,本系统具有三维空间分辨能力,准确性更高;环境干扰小,便于外场测量;而且结构简单,设备造价低。本论文首先讨论了雷达系统设计中涉及的雷达信号理论,对频率步进信号、中频采样定理、数字下变频技术、雷达后向投影算法（Back Project,BP）进行了研究和原理推导,并对BP算法进行了仿真。然后根据给出的系统指标,设计了雷达硬件系统的实现方案,并对系统的指标进行论证。该雷达系统由射频分机...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天线外形实物图
第三章雷达硬件系统方案设计29LTC2107IF输入CLK_10MAD_CLKAD9516AD_EXT_REF_CLKXC7K325FFG900时钟控制时钟输入时钟输入XC7Z100GTXLVDSRS485输入/输出RS422输入/输出SFP千兆接口(UDP)PHY千兆接口(TCP/IP)DDR3QSPI_FLASHQSPI_FLASH电源+12V@3A(数字)/+12V@1A（模拟）时钟SFPRJ45航空插座SMASMASMADDR3光接口物理层接口存储芯片存储芯片时钟发生器模数转换芯片存储芯片存储芯片图3-12中频信号采集模块组成结构图图3-13模数转换芯片内部结构框图XC7K325TFFG900核心处理器用于中频信号采集模块，实现雷达回波信号采集控制、外部通信、数字下变频和数据传输功能实现。Zynq-7000扩展平台用于模块实现信号传输，协议解析，网络数据传输功能。如图3-12所示，时钟发生器通过外部三个参考时钟输出驱动XC7K325TFFG900核心处理器和LTC2107芯片的工作时钟，并由XC7K325TFFG900核心处理器控制。同时XC7K325TFFG900核心处理器还通过航空插座与外部设备分别按照RS485和RS422电平标准进行通信。
电子科技大学硕士学位论文342)通过用户数据报协议(UserDatagramProtocol,UDP)接口传输采集的回波数据和机箱状态信息给服务器，并且以一秒的时间为间隔，在服务器上的终端软件中解析后显示运动平台的实时位置。3)终端控制软件下发给PS端的指令信息使用UDP接口接收并根据协议解析，然后通过LVDS总线通道转发给PL端。4.2串口通信协议FPGA实现中频信号采集模块与外部通信，包括运动平台和射频分机的硬件时序控制，分别使用RS485接口和RS422接口，应用的是UART传输协议。在UART串口协议中，串口不发送数据时，其输出电平保持为高。串口发送数据时先发1位低电平表示串口数据发送开始；然后发送4~8位的数据位，数据按由低到高的顺序发送；本次协议使用10位传输数据长度，包括1位起始位，8位数据位，1位终止位，波特率为115200bps。协议的数据传输格式如图4-2。串口通信模块是异步通信，所以为了预防串口通信模块在传输数据时发生数据丢失的情况，在实际设计中串口的工作时钟设置为波特率的16倍。该模块的FPGA实现如图4-3所示。011第n个字节流数据起始位停止位空闲位LSBMSB8位有效数据位图4-2UART的数据传输格式图4-3UART通信模块RTL级视图
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子对抗中基于交互式多模型的机载雷达辐射控制[J]. 宋天明,唐敏. 电子世界. 2019(22)
[2]基于集中式MIMO雷达的多目标跟踪功率分配优化算法[J]. 李正杰,谢军伟,张浩为,蔡保杰,葛佳昂. 空军工程大学学报(自然科学版). 2019(05)
[3]宽带频率捷变和复杂调制信号发生器的设计[J]. 朱健,顾军,朱卫国. 电子测量技术. 2019(02)
[4]基于有源相控阵技术的雷达数据通信研究[J]. 张建立,王明娟. 信息技术与信息化. 2018(11)
[5]现代雷达信号处理的技术和发展趋势探讨[J]. 于德洋. 中国战略新兴产业. 2018(20)
[6]复杂轨迹合成孔径雷达后向投影算法图像流GPU成像[J]. 韦顺军,蒲羚,张晓玲,师君. 电讯技术. 2016(08)
[7]探地雷达低频天线在工程勘探中的应用[J]. 薛建,梁文婧,刘立家,刘明辉,申文斌,黄茜,杨卫明. 物探与化探. 2015(06)
[8]一种逆V频率步进雷达的速度估计方法[J]. 蔡飞,樊世杰,范红旗,付强. 雷达科学与技术. 2011(01)
[9]频率步进探地雷达的SAR成像处理方法[J]. 蔚建斌,陈自力,江涛. 火控雷达技术. 2009(04)
[10]调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法（英文）[J]. 江志红,皇甫堪,万建伟,程翥. Chinese Journal of Aeronautics. 2007(04)
博士论文
[1]基于亚奈奎斯特采样的宽带信号频谱感知技术研究[D]. 刘长剑.电子科技大学 2019
[2]SAR高精度成像方法研究[D]. 胡克彬.电子科技大学 2017
[3]双基地SAR与线阵SAR原理及成像技术研究[D]. 师君.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]雷达宽带数字接收机关键技术研究[D]. 曲月.长春理工大学 2019
[2]空间目标的SAR/ISAR成像方法研究[D]. 张泽.哈尔滨工业大学 2019
[3]宽带远距离雷达回波模拟器实现[D]. 张成发.电子科技大学 2018
[4]基于高分辨一维距离像的目标特征提取及融合识别研究[D]. 周毅.电子科技大学 2018
[5]基于取样锁相与数字锁相技术锁相环的研究与实现[D]. 冯越江.西安电子科技大学 2017
[6]前斜视高分辨SAR成像算法研究[D]. 林焕.重庆大学 2017
[7]宽带单脉冲雷达接收系统设计[D]. 何少华.北京理工大学 2016
[8]77GHz汽车防撞雷达系统一些关键技术研究[D]. 徐俊.东南大学 2015
[9]频率步进雷达信号处理与波形生成技术研究[D]. 陈静超.北京理工大学 2015
[10]步进频率线性调频脉冲雷达离散时间信号处理[D]. 张长沙.湖南大学 2011
本文编号：3524005
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天线外形实物图
第三章雷达硬件系统方案设计29LTC2107IF输入CLK_10MAD_CLKAD9516AD_EXT_REF_CLKXC7K325FFG900时钟控制时钟输入时钟输入XC7Z100GTXLVDSRS485输入/输出RS422输入/输出SFP千兆接口(UDP)PHY千兆接口(TCP/IP)DDR3QSPI_FLASHQSPI_FLASH电源+12V@3A(数字)/+12V@1A（模拟）时钟SFPRJ45航空插座SMASMASMADDR3光接口物理层接口存储芯片存储芯片时钟发生器模数转换芯片存储芯片存储芯片图3-12中频信号采集模块组成结构图图3-13模数转换芯片内部结构框图XC7K325TFFG900核心处理器用于中频信号采集模块，实现雷达回波信号采集控制、外部通信、数字下变频和数据传输功能实现。Zynq-7000扩展平台用于模块实现信号传输，协议解析，网络数据传输功能。如图3-12所示，时钟发生器通过外部三个参考时钟输出驱动XC7K325TFFG900核心处理器和LTC2107芯片的工作时钟，并由XC7K325TFFG900核心处理器控制。同时XC7K325TFFG900核心处理器还通过航空插座与外部设备分别按照RS485和RS422电平标准进行通信。
电子科技大学硕士学位论文342)通过用户数据报协议(UserDatagramProtocol,UDP)接口传输采集的回波数据和机箱状态信息给服务器，并且以一秒的时间为间隔，在服务器上的终端软件中解析后显示运动平台的实时位置。3)终端控制软件下发给PS端的指令信息使用UDP接口接收并根据协议解析，然后通过LVDS总线通道转发给PL端。4.2串口通信协议FPGA实现中频信号采集模块与外部通信，包括运动平台和射频分机的硬件时序控制，分别使用RS485接口和RS422接口，应用的是UART传输协议。在UART串口协议中，串口不发送数据时，其输出电平保持为高。串口发送数据时先发1位低电平表示串口数据发送开始；然后发送4~8位的数据位，数据按由低到高的顺序发送；本次协议使用10位传输数据长度，包括1位起始位，8位数据位，1位终止位，波特率为115200bps。协议的数据传输格式如图4-2。串口通信模块是异步通信，所以为了预防串口通信模块在传输数据时发生数据丢失的情况，在实际设计中串口的工作时钟设置为波特率的16倍。该模块的FPGA实现如图4-3所示。011第n个字节流数据起始位停止位空闲位LSBMSB8位有效数据位图4-2UART的数据传输格式图4-3UART通信模块RTL级视图
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子对抗中基于交互式多模型的机载雷达辐射控制[J]. 宋天明,唐敏. 电子世界. 2019(22)
[2]基于集中式MIMO雷达的多目标跟踪功率分配优化算法[J]. 李正杰,谢军伟,张浩为,蔡保杰,葛佳昂. 空军工程大学学报(自然科学版). 2019(05)
[3]宽带频率捷变和复杂调制信号发生器的设计[J]. 朱健,顾军,朱卫国. 电子测量技术. 2019(02)
[4]基于有源相控阵技术的雷达数据通信研究[J]. 张建立,王明娟. 信息技术与信息化. 2018(11)
[5]现代雷达信号处理的技术和发展趋势探讨[J]. 于德洋. 中国战略新兴产业. 2018(20)
[6]复杂轨迹合成孔径雷达后向投影算法图像流GPU成像[J]. 韦顺军,蒲羚,张晓玲,师君. 电讯技术. 2016(08)
[7]探地雷达低频天线在工程勘探中的应用[J]. 薛建,梁文婧,刘立家,刘明辉,申文斌,黄茜,杨卫明. 物探与化探. 2015(06)
[8]一种逆V频率步进雷达的速度估计方法[J]. 蔡飞,樊世杰,范红旗,付强. 雷达科学与技术. 2011(01)
[9]频率步进探地雷达的SAR成像处理方法[J]. 蔚建斌,陈自力,江涛. 火控雷达技术. 2009(04)
[10]调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法（英文）[J]. 江志红,皇甫堪,万建伟,程翥. Chinese Journal of Aeronautics. 2007(04)
博士论文
[1]基于亚奈奎斯特采样的宽带信号频谱感知技术研究[D]. 刘长剑.电子科技大学 2019
[2]SAR高精度成像方法研究[D]. 胡克彬.电子科技大学 2017
[3]双基地SAR与线阵SAR原理及成像技术研究[D]. 师君.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]雷达宽带数字接收机关键技术研究[D]. 曲月.长春理工大学 2019
[2]空间目标的SAR/ISAR成像方法研究[D]. 张泽.哈尔滨工业大学 2019
[3]宽带远距离雷达回波模拟器实现[D]. 张成发.电子科技大学 2018
[4]基于高分辨一维距离像的目标特征提取及融合识别研究[D]. 周毅.电子科技大学 2018
[5]基于取样锁相与数字锁相技术锁相环的研究与实现[D]. 冯越江.西安电子科技大学 2017
[6]前斜视高分辨SAR成像算法研究[D]. 林焕.重庆大学 2017
[7]宽带单脉冲雷达接收系统设计[D]. 何少华.北京理工大学 2016
[8]77GHz汽车防撞雷达系统一些关键技术研究[D]. 徐俊.东南大学 2015
[9]频率步进雷达信号处理与波形生成技术研究[D]. 陈静超.北京理工大学 2015
[10]步进频率线性调频脉冲雷达离散时间信号处理[D]. 张长沙.湖南大学 2011
本文编号：3524005
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