多模雷达信号处理平台的研究与实现

摘要

雷达信号处理具有研究内容广泛，原理各异，理论抽象，模型复杂的特点，从而导致学习的难度较大。受限于雷达实验装置的缺乏，对于雷达信号处理理论的学习很难从实验中获取直观、具体的理解。而目前已有的实验平台针对性强，通用性和灵活性不高，不方便验证不同雷达信号处理的原理。因此有必要研究设计一种能够灵活验证多种雷达信号处理原理的实验平台。
　　本文所研究的基于FPGA和DSP架构的通用信号处理平台，采用上位机执行灵活的工作参数配置，上位机+CPLD实现不同算法的在线重构。重点研究了单脉冲跟踪和数字波束形成两种典型雷达信号处理的实现，并通过系统重构和多参数配置达到了实验验证多种雷达信号处理算法的目的。本文所研究和完成的主要工作如下：
　　1.根据多模雷达信号处理平台的指标要求，选择适当的单脉冲跟踪和数字波束形成算法，具体包括信号预处理、脉冲压缩、杂波抑制、信号检测和空域滤波等。然后从性能指标和设计实现角度，设置参数对这两种算法进行了仿真和验证。
　　2.分析并提出了平台的总体架构，在此基础上，划分和设计了系统的软、硬件系统架构，对于硬件系统中的存储资源消耗做了详细的分析，并简单介绍了主要芯片及其选型，然后分析了系统及各项功能的工作流程。
　　3.阐述了多模雷达信号处理平台的具体实现，重点在于单脉冲跟踪和数字波束形成系统的FPGA+DSP实现以及基于上位机+CPLD的多模功能重构的设计。对于 FPGA设计的难点——时序和时钟设计，本文做了详细的分析，通过采用流水线和并行化设计，结合模块复用和跨时钟域处理技术，实现了算法在 FPGA上的实时处理。对于算法的DSP实现部分，在充分考虑其流水化处理和浮点运算特点的基础上，介绍了其功能模块的划分和工作流程。在此基础上实现了以FPGA+DSP为核心，上位机软件为辅、具有参数和功能均可在线重构特点的多模雷达信号处理平台。
　　4.为更加方便地评估平台的功能和性能指标，本文建立了一个灵活、通用的自测试系统，对平台的不同功能在不同参数下的工作进行测试，分析了平台处理结果的误差和性能指标。结果表明所设计的多模雷达信号处理平台功能稳定，性能可靠，满足研制需求。

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第一章绪论

1.1论文的研究背景及意义

1.2雷达信号处理技术发展现状

1.3本文组织结构

第二章多模雷达信号处理平台相关算法及仿真

2.1单脉冲跟踪

2.2雷达回波信号预处理

2.3雷达脉冲压缩

2.4雷达杂波抑制

2.5雷达信号检测

2.6数字波束形成

2.7雷达信号处理系统仿真

2.8本章小结

第三章多模雷达信号处理平台总体设计

3.1平台总体架构设计

3.2平台工作流程

3.3本章小结

第四章多模雷达信号处理平台的实现

4.1平台实现分析

4.2工控机软件介绍

4.3单脉冲跟踪功能设计与实现

4.4 DBF功能设计与实现

4.5多模功能的重构设计与实现

4.6本章小结

第五章自测试系统与FPGA验证

5.1自测试系统设计

5.2测试数据建立

5.3测试结果及分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2对未来工作的展望

致谢

参考文献

附录

攻硕期间取得的研究成果