基于FPGA的雷达信号数字接收处理

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随着超高速数字处理电路的发展和软件无线电思想的提出,软件雷达已成为现今雷达的主要发展方向。在软件雷达系统中,雷达接收机的数字化是最为重要的技术之一。在当今高速A/D转换电路的转换速率越来越高的背景下,雷达数字化接收机对数字信号处理器的处理速率提出了更高的要求。传统通用DSP由于其处理速率有限,往往无法直接处理A/D芯片对中频信号采样产生的高速数据流,而FPGA的使用给以上问题带来了有效解决方案。本文主要提出了一种基于FPGA的雷达中频数字信号采集接收和检测处理的设计方案。通过对非相参脉冲雷达的中频信号特性的深入分析,重点讨论了针对雷达中频信号的数字化接收方法和检测处理方法,在FPGA中通过VHDL语言描述、原理图设计、资源调用等手段逐一实现了各个算法模块,并结合大量的理论分析和软件仿真,对所提出的设计方案进行了充分的验证。雷达中频信号的数字化接收部分重点研究了中频信号匹配接收和数字下变频处理,分别讨论了数字雷达接收机的基本结构、中频信号采样率的选取方法、匹配滤波器原理以及数字下变频的结构与实现,分析了雷达中频信号的频谱函数估计方法,指出了数字下变频包含数字振荡控制器、数字混频器、数字滤波抽取等子模块,最后给出了匹配滤波器和数字下变频各子模块在FPGA中的实现算法,并通过matlab/ISE/modelsim等软件对各算法进行了仿真验证。信号检测处理部分重点研究了恒虚警处理、视频积累检测和同频干扰抑制等信号检测处理方法,恒虚警处理可以在虚警率恒定的条件下降低杂波背景干扰,提高信号发现概率;视频积累检测能够有效提高回波信号的信噪比,改善接收机灵敏度,增强小目标回波的检测能力;同频干扰抑制能够在以上处理的基础上进一步滤除回波信号中的同频干扰成分,有效降低虚警概率。
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