一种高频雷达信号处理机前端算法研究

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。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 课题来源与意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 天波超视距雷达研究现状

1.2.2 数字下变频

1.2.2 脉冲压缩

1.3 本文主要研究内容

第二章 数字下变频技术和脉冲压缩技术理论分析

2.1 数字下变频基础理论

2.2 欠采样定理应用

2.3 数字下变频中的数字滤波

2.3.1 抽取滤波器（CIC滤波器）

2.3.2 补偿滤波器（CFIR滤波器）

2.3.3 整形滤波器（PFIR滤波器）

2.4 数字下变频理论仿真

2.5 脉冲压缩去斜率理论

2.5.1 单个脉冲回波分析

2.5.2 周期重复的线性调频脉冲信号

2.6 本章小结

第三章 接收机设计与数字信号处理实现

3.1 处理机总体设计

3.2 模数转换接口设计

3.2.1 AD9628数据采样

3.2.2 SPI配置接口

3.3 数字下变频算法设计实现

3.3.1 本地振荡器

3.3.2 数字混频器

3.3.3 CIC滤波器

3.3.4 CFIR滤波器和PFIR滤波器

3.3.5 AXI-4总线

3.4 匹配滤波去斜率处理

3.4.1 基带信号和本振信号

3.4.2 傅里叶变换

3.5同步触发及时钟电路设计

3.5.1 同步设计

3.5.2 触发设计

3.5.3 时钟电路设计

3.5.4 DD3接口缓存设计

3.6 本章小结

第四章 接收机设计验证

4.1 AD采样验证

4.2 数字下变频器验证

4.2.1 正交双通道混频器输出

4.2.2 抽取滤波输出

4.2.3 CFIR输出

4.2.5 复数混频器输出频谱

4.2.4 PFIR输出

4.3 脉冲压缩去斜率验证

结论

参考文献

声明

致谢