基于大点数FFT运算器的雷达信号高速处理

摘要

近年来，随着科学技术的发展，高速多样的雷达信号对雷达接收设备的信号处理能力的要求越来越高。雷达信号的载频频率的不断提高和信号带宽的不断增大，使得提高雷达测量频谱的精度、实时性和降低成本成为国内外许多学者的研究课题。
　　EDA技术能力的提升以及可编程逻辑器件 FPGA(即可编程门阵列芯片)的发展，为雷达信号处理的实现方法提供了多样性研发的空间，为基于 FPGA芯片硬件的算法模块的实现提供了可能性，缩短了硬件电路开发的周期，使算法模块的集成及灵活度大大提高，同时也很大程度上提升了信号处理的实时性。高速的采样率对后端信号处理系统的处理能力提出了较高要求，同时为达到实时性，还要求信号处理系统具有多任务并行处理能力。由于 FPGA芯片能够并行进行简单逻辑的或者重复处理数据能力强的特点，可以突破以前在雷达信号处理的过程中数据处理速度不能匹配的瓶颈，满足高分辨率、高精准度的要求，并给信号的后续处理提供条件。
　　针对雷达信号处理的高速性和实时性的要求，本文设计实现了一个利用FPGA芯片做核心处理算法的数字化的雷达信号处理器。本文采用多FPGA芯片工作的信号处理方案，选用Virtex-5系列FPGA，依据接收系统要求，通过细致认真的分析，以雷达信号处理平台的集成化，高速高宽带特性及实时性的实现为重点，提出了一种基于可变大点数 FFT运算器雷达信号处理设备，主要完成了一下2方面内容：
　　1.实现了多FPGA芯片架构的雷达信号处理平台
　　2.成功用硬件描述语言VHDL在Xilinx公司软件ISE13.4的环境下编写代码，实现了基于可变大点数FFT运算器的雷达信号的精确测量处理功能
　　最后对所设计的雷达信号处理平台各个关键模块进行了测试，并对雷达信号处理平台整体进行了测试及数据分析，测试的结果良好。

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第一章 绪论

1.1论文的研究背景

1.2 课题研究的现状及相关技术的发展

1.2.1雷达信号处理的研究现状

1.2.2 FPGA的功能特点及应用趋势

1.2.3 主要完成的内容

1.3 论文内容的安排

第二章 高速雷达信号处理的基本理论

2.1 雷达信号处理的基本内容

2.1.1雷达信号处理的基本内容分析

2.1.2雷达信号处理流程及关键步骤

2.2 高速雷达信号精确测量的技术指标

2.2.1工作频率范围及采样频率

2.2.2灵敏度

2.2.3测频精度及精确测频误差

2.2.4 精确测量的时间

2.3 大点数FFT运算器的算法原理

2.4 频谱检测的原理

2.4.1谱峰搜索

2.4.2带宽估计

第三章 高速雷达信号处理方案研究及关键技术

3.1雷达信号处理硬件平台方案

3.1.1 雷达信号处理硬件设计方案选择

3.1.2 雷达信号处理硬件组成框图

3.1.2关键器件的选择

3.2关键技术

3.2.1级联流水结构超长可变点FFT 运算器设计技术

3.2.2频谱检测技术

第四章 雷达信号处理实现及测试

4.1雷达信号处理硬件平台的实现

4.2可变大点数FFT运算器的设计实现

4.2.1可变点的实现方法

4.2.2流水线结构的实现方法

4.2.3 FFT运算器的基本运算单元

4.2.4行变换各级存储器地址生成方法

4.3二维可变大点数FFT的组成及控制

4.3.1二维可变大点数FFT的组成

4.3.2状态机控制

4.3.3 DDR2 存储器读写控制

4.3.4运算流程

4.4频谱检测的设计实现

4.4.1谱峰搜索

4.4.2自动带宽估计

4.5系统实现及仿真测试

4.5.1 FPGA程序实现及仿真

4.5.2测试结果分析与讨论

第五章 结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果