雷达信号处理技术研究及FPGA实现

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随着科学技术的飞速发展,电子信息对抗也变得越来越复杂。雷达信号处理技术不仅在精确度和实时性方面接受着严峻的考验,在宽带宽、复杂监测环境和多信号处理方面也带来了巨大的挑战。近年来随着数字信号处理技术和集成电路设计的快速发展,雷达信号处理也越来越趋向于数字化。现场可编程门阵列(FPGA)也为数字信号处理提供了强大的硬件实现平台。  本文的课题是雷达信号处理技术的研究及FPGA实现,主要围绕雷达信号侦收和空间谱测向两个方面进行讨论和创新。  对于雷达信号侦收技术,本文主要是对宽带数字接收机的硬件实现进行了改进。主要研究内容包括以下几点:  1)使用直接法包络检测和相关法包络检测相结合的方法来应对大信号、小信号和混合信号的包络检测,然后根据信噪比和包络宽度等特性对包络进行修正,提高了包络检测的准确度。  2)在信号分选模块中使用乒乓技术对生成的脉冲描述字(PDW)进行分选,不仅提高了数字宽带接收机的处理速度,也能够应对后端CPU不同的工作模式。  对于空间谱测向算法,本文提出了一种新型的基于FPGA的二维MUSIC算法的硬件实现结构。该电路结构能够在1ms内对一组辐射源的俯仰角和方位角完成测量,并且精度都在0.1°内。本文对矩阵特征分解和空间谱峰搜索两个部分都进行了改进和创新,具体如下:  1)矩阵特征分解模块,本文是在雅克比算法和CORDIC算法的基础上进行模块设计和改进的。首先,不直接计算旋转角度的角度值,取而代之的是每次CORDIC移位计算的角度的正负性。其次,角度符号集求解和矩阵旋转模块共用一个处理单元。最后,采用串行脉动阵列的形式进行数据交换。这样不仅大大降低了逻辑资源的消耗,也能有效地平衡与求协方差矩阵和空间谱峰搜索两个模块之间的计算周期数,使三个模块能够流水起来。  2)空间谱峰搜索模块,本文采用分级搜峰的方法,使得搜索的次数从百万量级下降到一万量级,在满足计算精度的前提下,大大地提高了运算效率。  本课题中所有的模块都已在Xilinx FPGA上完成硬件设计,并且完成了仿真测试和外场测试。试验结果表明本课题提供的硬件系统完全满足雷达信号处理实时性和准确性的要求,有很好的工程意义和价值。
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