基于FPGA多带宽合成孔径雷达系统的数字接收技术

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1、第27卷第6期中国科学院研究生院学报Vol.27No.62010年11月JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesNovember2010文章编号:1002-1175(2010)06-0853-06简报基于FPGA多带宽合成孔径雷达系统的数字接收技术1，21何斌，张志敏(1中国科学院电子学研究所，北京100190;2中国科学院研究生院，北

2、京100049)(2010年3月22日收稿;2010年5月7日收修改稿)HeB，ZhangZM.Digitalreceivingtechnologyofmulti-bandwidthsyntheticapertureradarsystembasedonFPGA［J］.JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences，2010，27(6):853-858.摘要针对传统多带宽合成孔径雷达系统需要多个滤波器和多种采样时钟等问题，提出一种新的数字处

3、理方法，并详细介绍了算法方案、仿真结果和基于现场可编程门阵列(FPGA)的算法实现.该方法仅需一个最高频率的采样时钟获取离散化数据，通过对数据的插值得到其他较低时钟频率的数据，而对不同带宽信号的滤波由数字滤波器来实现.这种方法简化了系统设计，提高了系统可靠性.关键词合成孔径雷达，多带宽系统，数字滤波器，插值运算中图分类号TN9571引言合成孔径雷达(syntheticapertureradar，SAR)是一种全天时、全天候的高分辨率对地观测雷达.卫星或飞机沿航线飞行时，其所搭载SAR向正侧方发射调频脉

4、冲信号，经地面目标反射后，回波数据被SAR接收机接收，经过信号处理后得到测绘带图像.根据系统工作模式的不同，往往要求系统能处理不同带宽的多种信号.传统的多带宽合成孔径雷达系统信号接收处理部分的实现框图如图1所示.由天线接收的SAR回波信号，先在雷达接收机中经滤波器组对不同带宽的回波信号进行滤波处理，其目的是滤除带外噪声，取得更好的系统灵敏度.接收机输出的信号经过模/数变换(ADC)转换成数字信号，形成格式化数据后传给数传系统，为了降低数据率，ADC的采样时钟频率通常图1多带宽SAR系统信号接收处理部分

5、组成框图［1］仅比信号带宽略高，这样不同带宽的信号就需要不同频率的采样时钟.传统的多带宽系统信号接收处理方法存在2个缺点，一是接收机里的滤波器组采用模拟方式实现，E-mail:hb88866@163.com854中国科学院研究生院学报第27卷数量越多设计及切换越复杂;二是多种采样时钟带来的时钟产生电路设计复杂和时钟同步困难等问题.2多带宽系统数字处理方法的设计实现2.1数字处理方案介绍针对传统多带宽系统接收处理方法存在的缺点，最容易想到的数字解决方案是采用1个高采样频率时钟，使其为各带宽信号采样时钟

6、的整数倍，这样获取高数据率信号后，通过整数倍降采样即可获得系统要求的各种数据率的信号，而多带宽信号的滤波也可通过数字滤波器来完成.方案框图如图2(a)所示.该方案虽然仅采用1个模拟滤波器和1个采样时钟，但也带来了新的问题，即采样率过高.本文以［1］200MHz、300MHz、400MHz和500MHz带宽的线性调频信号为例，按照1.2倍的过采样率，各采样频率分别为240MHz、360MHz、480MHz和600MHz，则ADC的采样率要取它们的公倍数，至少要达到［2-3］7200MHz，这会给器件选择

7、和电路实现都带来很大困难，并且对数字滤波器处理速度的要求也非常高.针对上述问题，本文提出一种新的多带宽系统数字处理方案，如图2(b)所示.该方案采用各带宽信号采样频率中的最高一个作为采样时钟，如上例中取600MHz，通过插值的方法产生其他各采样频率的信号，该方案中多带宽信号的滤波同样由数字滤波器来完成.这种新的多带宽系统数字处理方案中仅采用1个模拟接收机滤波器和1个采样时钟，并且采样时钟频率也不比传统方法高.该方案中的插值运算还直接实现了降采样，但会对数据的实时处理提出较高要求，这可以通过选择适当的插

8、值算法来实现.图2多带宽SAR系统数字解决方案框图2.2FIR滤波器的设计图2(b)所示方案中的数字滤波采用FIR滤波器，因为它一方面具有线性相位的特点，能够很好地［4］保留回波信号的相位信息;另一方面FIR滤波器系统稳定，且易于实现.一个N阶FIR滤波器的差分方程如下N－1y(n)=∑h(i)x(n－i)，(1)i=0其中，N是FIR滤波器的抽头数;x(i)表示第i个时刻的输入样本;h(i)是FIR滤波器的第i级抽头系数.选择不同的滤波器系数h(n)，