基于dsp和fpga技术的低信噪比雷达信号检测

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1、基于DSP和FPGA技术的低信噪比雷达信号检测我国目前的海事雷达大多为进口雷达，有效探测距离小，在信噪比降为3dB吋己经无法识别信号。随着微电子技术的迅猛发展，高速A/D(校拟/数字转换)和高速数字信号处理器件(DigitalSignalProeessors,DSP)、高速现场可编程逻辑器件(FieldProgrammableGateArray，FPGA)的出现，可以在不增加现有雷达发射功率和接收灵敏度的前提下，在信噪比降为3dB时能测到雷达信号，使雷达的有效作用距离提高。本文主要介绍甚于DSP和FPGA技术的低信噪比情况下雷达信号的检测。1设计思想本技术的设计思想主要是通过对接收

2、到的雷达信号进行高速A/D采样，然后利用DSP和FPGA芯片对采样后的信号幅度和轮廓进行判断，以实现低信噪比条件下雷达信号的识别，从而还原出冇效信号。系统原理框图如图1所示。图1系统原理框图2系统的硬件设计2.1髙速A/D设计大部分雷达信号为射频脉冲信号，常用的工作频率范囤为2〜18GHz，脉冲持续时间在几十纳秒到几百微秒。假设检测信号脉宽为150ns,根据奈奎斯特采样原理，必须选用高速的A/D转换器冰不使信号丢失，实际实现需尽可能地多采样数据，冰冇利于信号幅度和轮廓的识别。经综合考虑，决定每隔8ns采样一个数据，150ns可采样18个数据，选用125MHz的高速A/D转换芯片MA

3、X19541，数据采样位数为12位。MAX19541经过优化，在高于300MHz的髙IF频率时具冇优异的动态性能。MAX19541采用1.8V单电源工作，转换速率萵达125MSPS，功耗仅为861mW，差分模拟输入uj•以是交流或直流耦合，该器件还具冇H选的片上2分频时钟电路，允许髙达250MHz的时钟频率。这冇助丁•降低输入时钟源的相位噪声，从而获得较髙的动态性能，同时采用差分的LVPECL采样时钟，可以获得敁佳性能。MAX19541数字输出力CMOS旅容，数据格式可选择2的补码或偏移二进制码，可工作在并行模式，以采样速率从单个并行端门输出数据：或工作在demux并行模式，以1/

4、2采样速率从两个单独的并行端口输出数据。MAX19541的这些优异性能不仅满足髙速采样的要求，并且外围器件少，与后级芯片接口简申，无需电平转换。2.2FPGA设计FPGA芯片主耍实现数据缓存和电平判断功能，其核心问题为基丁•用双端口块存储器(BlockRAM)的FIFO模块设计和电平判断检测设计。由T接收机设计的目的足准确实时地处理输入数据，髙速A/D的输fli必须由髙速数字电路处理，否则数字化后的数据就会丢失，或者系统只能工作在非实时模式，所以这些处理7/法的计算速度则足目前鉍力关心的问题。为丫能够及时处理髙速采样(8ns)数据，不丢失数据，后继数字处理器件FPGA处理芯片必须选

5、用工作速度髙丁•8ns的芯片，这里选叫了Xilinx公司的SPARTANXC3S200。Spartan-3FPGA采川90nm技术，I/O管脚都支持全SelectlO-Ultra功能，实现了快速、灵活的电接口，足够多的I/O管脚可分别与前级的12位髙速A/D转换芯片、级的DSP处理器相连。该器件具有SRL16移位寄存器逻辑和分布式存储器，能够满足髙速人容量的数据缓存和判断处理的需求。FPGA芯片的数据缓存功能基丁•川双端口块存储器(BlockRAM)的FIFO模块设计，容量力负贵存储髙速A/D转换器转换过來的并行12位数据，供DSP进行数据处理。系统的工作时钟足65MHz，在实现该

6、模块时，调用COREGenerator來生成FIFO，通过FPGA中的专川双端口块存储器资源，生成的FIFO模块，其存取速度可以达到100MHz以上，完全满足实际使用的需求。FPGA芯片的电甲判断检测功能在后而的FPGA检测方法中有详细说明。2.3DSP设计DSP处理器负贵电平判决门限的运算处理，选WTI公司的TMS320F2812芯片。TMS320F2812提供丫强人的计算能力，鉍髙运行速度可达150MIPS，具有处理性能更强，外设集成度更髙，程序存储器更大等特点。TMS320F2812包含丫多种芯片，可提供不同容量存储器和不同外设，以满足各种应川的耍求。TMS320F2812芯

7、片通过外部地址与数据总线与FP-GA处理芯片相连接。DSP处理器不断从FPGA芯片的FIFO中读出A/D转换的孟达接收数据，经过运算处理得fB噪声的均方根值，再计算出S达信兮的判决门限值写入FPGA芯片的电平接收寄存器中，以进行有川信号的判断处理。3系统的算法设计该检测力*法的难度在丁•噪卢均力'根值的计算和信号判决门限值的确定3.1噪声均方根值的计算为丫确定噪声的均人根值，DSP处理器需耍计算人量的数据，以使计算结果尽可能接近真实噪卢值。通过计算噪声的1024个点來