有源相控阵雷达波控运算单元的研究

摘要

有源相控阵雷达波束控制系统以电扫描的方式代替传统雷达的机械扫描伺服系统，具有波束扫描灵活、作用空域大、抗饱和能力强、跟踪搜索多个目标等特点，目前有源相控阵雷达正逐渐替代传统的机械扫描雷达。而作为波束控制系统核心模块的运算单元，其性能的优劣将影响相控阵雷达的工作性能。 为了提高运算单元的灵活性、 实时性、 计算精度以及降低运算单元的功耗，论文采用CORDIC算法取代查找表法计算波控码。完成了基于CORDIC算法的运算单元模块的设计与仿真。在设计中用MATLAB编写了CORDIC算法实现正余弦的计算，并完成了波控码的计算。在此基础上用Verilog硬件描述语言实现了计算正余弦值的CORDIC算法，进而实现波控码的计算。使用Modelsim仿真工具对CORDIC算法以及整个运算单元模块进行仿真，并通过FPGA进行了验证，结果表明设计基本达到要求。本文采用CSMC 0.5um CMOS工艺，使用Cadence的版图与电路图输入工具Virtuoso设计全定制芯片版图。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究和发展现状

1.3 本文研究内容及结构安排

第二章 有源相控阵雷达波控系统及运算单元

2.1 有源相控阵雷达波控系统概述

2.1.1有源相控阵雷达波控系统

2.1.2线性相控阵扫描

2.1.3平面相控阵天线扫描

2.2 波控系统运算单元

2.3 波控码计算方案

2.4 本章小结

第三章 MATLAB实现CORDIC算法及波控码计算

3.1 CORDIC概述

3.1.1 CORDIC简介

3.1.2CORDIC算法几何模型

3.2 CORDIC的优化

3.3 MATLAB实现CORDIC算法

3.4 CORDIC算法仿真

3.5 波控码计算仿真

3.6 本章小结

第四章 CORDIC算法及波控码计算的硬件实现

4.1 CORDIC算法架构

4.2 Verilog实现CORDIC算法流水线设计

4.3 Verilog实现波控码计算

4.4 Modelsim功能仿真测试

4.5 本章小结

第五章 FPGA硬件验证

5.1 FPGA选型

5.2 板级验证

5.3 结果分析

5.4 本章小结

第六章 版图设计

6.1 时序分析

6.1.1时序的概念

6.1.2时序的优化

6.2 版图设计工具简介

6.3 芯片设计方式

6.4 版图设计需要考虑的问题

6.4.1降低功耗

6.4.2器件的匹配性

6.4.3天线效应问题

6.5 版图的设计

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 研究总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录