基于FPGA的雷达杂波抑制技术的设计和实现

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雷达是利用物体对电磁波的反射、散射特性来发现目标,并测量它在的空间位置。在各种雷达的工作环境中,如陆地、人造建筑物、鸟群、云雨、飞机、导弹、卫星等都会产生雷达回波。有些物体或背景是感兴趣和希望观测的,称为目标,有些是需要抑制的无用信号,称为杂波。由于杂波伴随着雷达目标信号一起进入雷达接收机,且强度通常比目标信号大几十分贝,对雷达目标检测造成了很大的困难。因此,对杂波特性进行分析并研究先进的杂波抑制方法意义重大。在当前的研究中,一般采用动目标显示(MTI)、动目标检测(MTD)、恒虚警处理(CFAR)以及杂波图等技术对杂波进行抑制,提取需要的目标信息。随着相控阵雷达技术的应用,信号处理的运算量越来越大,其工程实现手段是制约雷达信号处理水平整体发展的重要因素。随着超大规模集成电路技术的发展,百万门可编程逻辑器件(PLD)的问世,为复杂信号处理算法的实现奠定了基础。本文首先介绍了可编程逻辑器件的发展概况,FPGA的基本结构和设计流程,重点介绍Altera公司的Stratix系列芯片的硬件资源,以及Quartus Ⅱ软件的设计步骤;由于FPGA的一系列特性和雷达技术的发展要求,因此广泛的应用于雷达信号处理中。然后分析了雷达杂波的定义以及幅度分布和功率谱特性,针对雷达杂波相关特性,结合当前雷达实际情况,即波束内脉冲数的限制及变频、变T等方面的要求,信号处理通常采用FIR滤波器兼顾杂波抑制及目标提取的要求,我们常用的MTI和MTD都是这种类型的滤波器;文中重点分析了MTI, MTD工作原理,研究了一种多频道自适应MTI滤波器的设计原理和实现方法;在对雷达回波作了MTI或MTD滤波处理后,接着必须对目标的存在进行判决。由于多种杂波或剩余的存在,加上内部噪声的影响,过门限检测的结果可能使得终端计算机饱和。这主要是因为在自动检测系统中对应一定的检测门限,干扰(杂波或噪声)电平的分贝数增加,噪声虚警率剧增。因此必须采用所谓的自适应门限处理,本文介绍了慢门限(NCFAR)以及快门限(CFAR)工作原理和实现方法,对杂波图和杂波轮廓图进行了分析,在此基础上阐明了多频道轮廓图的工作原理和FPGA实现方法。
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