三毫米波箔条云RCS测量雷达信号处理机的研制

摘要

RCS测量对目标识别与分类、雷达对抗、飞行器隐身及雷达反隐身等具有重要意义。基于毫米波的RCS测量特性有着许多区别于厘米波段的特性，这些特性对RCS测量精度有着直接的影响。 本文介绍了一种三毫米波箔条云RCS测量雷达信号处理机的实现方案。本方案信号处理模块采用实时数据采集与离线信号处理相结合的方法，即对持续测量时间内的中频信号进行实时采集，然后由计算机对其进行离线处理，因此硬件部分主要完成数据的采集工作，而信号处理部分在计算机上完成。 RCS测量雷达工作的大致过程为，从目标散射回来的三毫米回波信号，经射频前端模拟下变频之后输出30MHz中频信号，这个信号实际因受测量物体多谱勒频率及接收机相位噪声等因素的影响，中频输出考虑在30MHz±0．3Mnz波动的点频信号。而信号处理机的任务就是通过对中频单频正弦波输入信号进行处理，该正弦波的幅度反映了箔条云RCS的大小，信号处理机通过精确地估计该正弦波的幅度，实现对箔条云RCS的测量。 本文的工作主要分硬件设计、调试和外场实验等几个部分。硬件设计的内容主要包括AD中频信号采集、基于HSP50214B的数字下变频以及基于CY7C68013的USB2．0数据传输这几个部分。调试分FPGA配置HSP50214B，FPGA与CY7C68013的接口控制、CY7C68013固件程序调试和驱动程序调试等。外场实验主要有微波暗室实验和空旷场地实验两个部分。微波暗室实验完成对金属球定标体近距离的标定工作，而空旷场地实验则完成远距离的标定工作。实验结果显示在微波暗室中定标测量波动在0．5dB以下，而在外场中明显高于这个数值。主要原因是外场中情况复杂，测量结果受各种杂波影响较大，如大气衰减、云或雾、定标金属球的波动、地面杂波等，因此在实际测量中应考虑这些因素，并做出相应的修正处理。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1研究背景及意义

1.2 RCS测量的基本概念及方法

1.3本文的主要工作

1.4论文的结构安排

第二章RCS测量原理

2.1 RCS测量概述

2.2 RCS相对标定测量法

2.3 RCS定标体的计算

2.4杂波对RCS定标的影响

2.4.1大气衰减影响分析

2.4.2云或雾等杂波影响分析

2.4.3空间气球等杂波影响分析

2.4.4地面杂波影响分析

2.5本章小结

第三章RCS测量雷达信号处理机方案分析

3.1信号处理机原理及组成

3.2信号处理机技术要求

3.3信号处理机方案分析

3.3.1 A/D变换器

3.3.2 DDC及控制电路

3.3.3 USB接口电路

3.3.4信号处理与终端显示计算机

3.4本章小结

第四章数字下变频的原理及实现

4.1信号采样理论

4.1.1 NYQUIST采样定理

4.1.2带通采样定理

4.2数字正交变换理论

4.2.1 Hilbert正交变换

4.2.2数字正交混频法

4.3多速率信号处理

4.3.1抽取

4.3.2内插

4.4抽取滤波器特性

4.4.1 CIC滤波器特性

4.4.2HB滤波器特性

4.5 FIR滤波器设计的最佳方法

4.5.1问题描述

4.5.2切比雪夫滤波器设计的Remez交换算法实现

4.6数字下变频的HSP50214B实现

4.6.1数字下变频结构参数设计

4.6.2 HSP50214B芯片与FPGA的接口设计及其配置原理

4.7本章小结

第五章基于CY7C68013的USB2.0接口设计

5.1 USB2.0协议简介

5.1.1 USB2.0数据传输

5.1.2 USB2.0数据流模型

5.2 CY7C68013芯片介绍及其与FPGA的接口设计

5.3 CY7C68013固件程序编写

5.4 USB驱动程序编写

5.4.1 WDM驱动程序的基本结构

5.4.2 USB设备驱动程序设计流程

5.5本章小结

第六章RCS测量雷达系统组成及外场实验结果分析

6.1 RCS测量雷达系统组成原理

6.1.1 AD9245性能介绍

6.2信号处理机测量软件介绍

6.2.1 USB数据采集和数据读取

6.2.2数据存储

6.2.3信号处理

6.2.4数据处理与显示

6.2.5参数设置与操作控制

6.2.6软件框架和流程

6.3定标体测量外场实验记录及结果分析

6.3.1微波暗室实验测量结果及分析

6.3.2空旷场地实验测量结果及分析

6.4本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

附录数据采集电路板实物照片