基于fpga的通用雷达信号处理板卡设计

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1、基于FPGA的通用雷达信号处理板卡设计　　摘要：为降低经济成本，适应中小型渔船的需求，设计一种以FPGA为处理核心的通用雷达信号处理板。该信号处理板功能包括雷达信号的高速采集、实时运算、传输，并能处理来自GPS、电罗经、AIS、测深仪等外设信号。实现了雷达设备的小型化、模块化、通用化。实验结果表明，该信号处理板能快速接收雷达和外设信号并实时进行处理，符合未来船载雷达发展的趋势。　　关键词：FPGA；信号处理；AIS；船载雷达　　中图分类号：TN959?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）21?0103?04　　Des

2、ignofuniversalradarsignalprocessingboardbasedonFPGA　　TIANZengshan，YANGJinchao，LIUHeng　　（KeyLabofMobileCommunicationsTechnology，ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications，Chongqing400065，China）　　Abstract：Toreducetheeconomiccosts，andmeettherequirementofthemediumandsmal

3、lfishingboat，auniversalradarsignalprocessingboardbasedonFPGAwasdesigned.Thefunctionsofthesignalprocessingboardincludethehigh?speeddataacquisition，transmissionandreal?timeoperationofradar9signal，andtheprocessingboardcanprocesstheperipheralsignalsfromGPS，gyrocompass，AISandd

4、epthfinder.Theminimum，modularizedanduniversalradardevicewasrealized.Theexperimentalresultsshowthatthesignalprocessingboardcanquicklyreceiveradarandperipheralsignals，andprocesstheminrealtime，whichconformstothedevelopmenttrendoftheshipborneradarinthefuture.　　Keywords：FPGA；s

5、ignalprocessing；AIS；shipborneradar　　0引言　　船舶导航雷达出现将近半个世纪，其经历了电子管、晶体管、集成电路三个阶段[1]。雷达技术的发展已经使雷达不再局限于测距和测向功能，现在的导航雷达还具有导航，跟踪等功能，并能融合GPS、电罗经、AIS、测深仪等外设数据，给驾驶员一个更直观有效的操作界面。雷达已成为航海航行中不可缺少的工具[2]。　　在未来的船舶导航雷达发展中，有关专家提出一个崭新的概念，一部性能优异的雷达=雷达天线+普通PC机及显示器+雷达信号处理板[3]。雷达天线在过去几十年的发展过程中并没有

6、发生太大的变化，基本上沿袭了基于磁控管系统的缝隙波导天线技术。显示器在未来的发展中也不会出现太大的变化，基本上是基于光栅阵列扫描的显示器[4]。未来出现变革最大的是雷达信号处理板，该信号处理板不仅能够实现直接处理雷达视频信号、录取和跟踪目标，还具有将雷达图像和电子海图图像进行融合等功能。　　目前较流行的雷达信号处理板结构有两种：9　　（1）FPGA+DSP结构，该结构使用FPGA接收A/D采集的雷达回波信号，进行一些预处理。主要包括脉冲累计，方位，船首信号的计数；DSP用于对雷达数据进行杂波抑制，主要包括海浪、雨雪杂波抑制，同频干扰抑制等

7、。　　（2）FPGA+ARM结构，该结构和前者功能大致相同，主要优势在于ARM能很方便地接收外设的信息，如AIS，GPS，测深仪，电罗经等[5]，并且ARM可独立驱动显示外设，这样节省了设备，进一步做到小型化。　　对比分析以上两种结构，本文提出了一种以FPGA为核心的雷达信号处理板卡结构，所有的功能均在FPGA内部实现。由于目前的FPGA功能强大，内部集成有乘法器，存储器等运算模块，单独使用FPGA完全能满足目前雷达信号处理的要求，且该方案结构简单，体积小，代价低，是未来船舶导航雷达信号硬件板卡的最佳选择。　　1系统方案设计　　1.1整体

8、架构　　船舶导航雷达系统分为两个部分：雷达上单元和雷达下单元，系统整体框架如图1所示。其中雷达上单元包括雷达发射机、接收机和天线单元，主要完成雷达无线电脉冲的发射，雷达回波数据的接收。雷达下单