圆柱形相控阵雷达具有全方位的波束覆盖能力与强大的波束控制能力,将其与圆柱形飞行器表面相匹配,既可以提高载体的机动性、隐蔽性与观测范围,又可以提高通信的效率和抗干扰能力,是“空天地一体化”信息网络中的关键角色。本文以某基于圆柱形相控阵雷达的通信系统项目为依托,对其信号处理系统中涉及的算法进行理论分析与工程实现。设计主要包括方向图旁瓣电平优化、空域自适应波束形成优化、目标方位测角精度优化、板级FPGA工程实现优化四部分。具体的研究内容及成果如下:首先建立圆柱形相控阵数学模型,从收发波束形成、目标方位测量与空域自适应抗干扰三个方面设计空域信号处理系统,并结合工程应用背景与项目需求对所设计的算法进行优化。其中,针对收发波束形成算法,采用投影相交准则控制阵元工作状态,使得阵列功耗降低至原本的1/3;采用最优波束形成准则,在有向阵元的基础上,结合圆柱阵的曲面特性,提出一种基于广义泰勒窗函数的旁瓣电平优化方法来进一步实现极低副瓣的接收多波束。针对空域自适应抗干扰,提出广义自适应旁瓣对消算法实现干扰抑制,从信干噪比、幅相误差、阵元方向性等方面进行优化,并对圆柱形相控阵的辅助阵元选取原则分析探讨,设计最优的辅助阵元位置,获得最佳的空域干扰抑制能力。针对目标方位测量,采用单脉冲和差波束比相法实现对目标角度的估计,设计三阶函数曲线精确拟合鉴角曲线,实现极低工程运算量的方位测量;且利用通信信号的特点,提出多点采样均值测角法,并引入幅相误差校正算法,提高算法测角性能。随后研究并设计信号处理系统在FPGA上的工程实现方案,从板卡设计、模块划分、功能分析、逻辑设计、资源损耗、误差分析与工程优化等多个方面进行分析。针对数字波束形成模块,设计状态机来描述并控制系统复杂的工作状态,优化系统时序;采用RAM结构存储需多次读取的幅相误差校正系数,采用FIFO结构存储单次刷新的权值系数,采用流水线结构优化复杂代数计算,提高系统实时性。针对空域干扰抑制模块,结合工程实现方案,将复杂的阻塞矩阵乘法运算简化为实数乘法与减法运算;针对自适应最优权值的矩阵运算,采用定点转浮点再转定点的运算方案提升计算精度;设计数据同步模块,解决不同模块间的数据时序不匹配问题。针对目标方位测量模块,优化复数除法计算流程,节省DSP资源损耗;针对鉴角曲线的精确拟合,结合圆柱阵的对称特性,设计特定的单组多角度三阶函数来拟合全阵列全范围鉴角曲线,并采用ROM结构存储只读数据,优化存储资源,实现精确鉴角曲线拟合系数的存储与读取。最后设计FPGA信号处理模块在板级的功能验证方案。其首先搭建Matlab与Vivado联合的测试系统,通过JTAG接口与板卡连接。然后利用VIO与ILA对关键节点信号进行捕获并导入Matlab中,从时域与频域两个维度观察其结果,分析量化误差与舍入误差的产生原因,并给出优化方案。最后给出FPGA中信号处理系统的资源占用情况与时序分析结果,实现FPGA板级的验证与分析。