宽带天气雷达数字接收机设计

发布时间：2017-09-08 03:44

  本文关键词：宽带天气雷达数字接收机设计

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【摘要】：本文主要讨论了宽带天气雷达数字接收机技术,着重对天气雷达数字接收机所使用的高频采样正交检波技术、脉冲压缩技术做了较为详细的分析、仿真和设计。首先,介绍天气雷达接收机的整体构成。为了符合软件无线电的要求,根据输入信号频率较高的特点,制定了包括采样参数的确定、低通滤波器法正交检波的高频带通采样的设计方案,并对所设计方案进行MATLAB仿真。其次,讨论了脉冲压缩原理、常规脉冲压缩设计方案,对匹配滤波器及加权副瓣抑制技术进行了分析。针对现有脉冲压缩在工程设计上的缺陷,设计出改进的脉冲压缩算法来提高信号实时处理速度和减少资源消耗。然后对改进的设计方案进行了MATLAB仿真验证其可行性。最后,根据原理给出一个综合的硬件设计方案。在XILINX公司的Kintex -7 FPGA KC705评估板上实现数字接收机的硬件开发,包括ADC设计使用与数据预处理,低通滤波器法正交变换设计,改进的脉冲压缩设计及以千兆以太网原理的介绍与设计。本文对雷达脉冲压缩原理进行了深入研究,设计了基于FPGA的宽带天气雷达数字接收机,并给出了测试结果,结果表明设计方案可行,满足设计要求。
【关键词】：天气雷达 带通采样 脉冲压缩 千兆以太网 FPGA
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN959.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 研究背景7-8
• 1.2 研究现状8-12
• 1.2.1 天气雷达国内外发展现状8-10
• 1.2.2 雷达数字接收机的发展概况10-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-14
• 第二章 高频带通采样正交检波14-25
• 2.1 采样定理15-17
• 2.1.1 基本采样理论——Nyquist(奈奎斯特)采样定理15-16
• 2.1.2 带通采样理论16-17
• 2.2 低通滤波器法正交相位检波器原理17-18
• 2.3 正交检波系统设计方案18-24
• 2.3.1 接收机的要求18-19
• 2.3.2 ADC参数的确定与设计19-22
• 2.3.3 数字正交变换的设计22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 脉冲压缩算法及其实现方案25-38
• 3.1 线性调频脉冲压缩技术原理25-32
• 3.1.1 最佳匹配滤波器25-27
• 3.1.2 线性调频脉冲压缩滤波器及性能27-31
• 3.1.3 脉冲压缩滤波器降低副瓣加权方法31-32
• 3.2 脉冲压缩系统参数设计32-34
• 3.2.1 发射信号的选择32
• 3.2.2 时宽带宽的选择32-33
• 3.2.3 加权窗函数的选择33-34
• 3.3 常规雷达数字脉冲压缩设计34-37
• 3.3.1 时域脉冲压缩方法34-36
• 3.3.2 频域脉冲压缩方法36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 基于FPGA的脉冲压缩改进设计38-47
• 4.1 分段卷积重叠相加法原理38-40
• 4.2 改进匹配滤波器的方案40-43
• 4.3 频域脉冲压缩的MATLAB仿真43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 数字接收机硬件设计47-68
• 5.1 引言47-48
• 5.2 FPGA开发平台48-49
• 5.2.1 FPGA48-49
• 5.2.2 ADC49
• 5.2.3 10/100/1000三速以太网PHY49
• 5.3 模数转换器的应用与设计49-53
• 5.3.1 模数转换器的配置与数据接收处理49
• 5.3.2 基于FPGA的SPI控制信号的设计49-50
• 5.3.3 FPGA的数据采集与处理50-51
• 5.3.4 FFT分析法分析ADC数据51-53
• 5.4 基于FPGA的数字接收机数字处理部分53-60
• 5.4.1 基于FPGA的正交带通采样设计53-55
• 5.4.2 基于FPGA的改进脉冲压缩设计55-57
• 5.4.3 数字处理整体仿真结果及分析57-60
• 5.5 基于FPGA的千兆网设计60-67
• 5.5.1 UDP协议60-61
• 5.5.2 千兆以太网设计实现61-66
• 5.5.3 以太网运行情况66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 创新点69
• 6.3 不足与展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 作者简介75

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本文编号：811696