【硕士论文】基于DSP／FPGA的多波形数字脉冲压缩系统硬件的研究与实现.pdf

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1、摘要摘要现代雷达系统广泛采用脉冲压缩技术，用以解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩是指雷达通过发射宽脉冲，保证足够的最大作用距离，而接收时，采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲以提高距离分辨率的过程。同时，数字信号处理技术的迅猛发展和广泛应用，为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了可能。本文主要研究雷达多波形频域数字脉冲压缩系统的硬件系统实现。在匹配滤波理论的指导下，成功研制了基于FPGAEPlKl00QC208．1和4片高性能ADSP21160M的多波形频域数字脉冲压缩系统。该系统可处理时宽在42us以内、带宽在5MHz以下的线性调频信号(LFM)，非线性调频信号(NLFM)

2、和Taylor四相码信号，且技术指标完全满足实用系统的设计要求。本文完成的主要工作和创新之处有：(1)基于双通道模数转换器ADl0242设计高精度数据采集电路，为整个脉压系统的工作提供必要的条件。完成了前端模拟信号输入电路的优化和差分输入时钟的产生，以实现高精度采样。(2)根据协议和脉压系统的工作要求，以基于FPGAEPlKl00QC208完成系统控制，使艇个脉压系统正确稳定地工作。同时以该FPGA生成双口RAM．实现数据暂存，以匹配采样速率和脉压系统频率。(3)设计基于4片高性能ADSP21160M的紧耦合并行处理系统，以完成多波形频域数字脉冲压缩的全部运算工作。4片DSP

3、共享外部总线，且各DSP以链路口互连，进行数据通信。各DSP还使用一个链路口连接到接口板DSP，将脉压结果送出。(4)以一片ADSP21160M和一片EPIKl00QC208为核心，设计输出板电路，完成数据对齐、求模和数据向下一级的输出，并产生模拟输出。(5)调试并改进处理扳和输出板。关键词：脉冲压缩，高精度采样，并行处理系统，DSP，FPGA第一章绪论第一章绪论雷达是现代电子科学飞越发展的成就之一，它不但广泛应用于军事领域，而且在民用方面也开辟了极为广阔的市场。它已成功地应用于地面、舰载、机载、星载方面，这些雷达已经在执行着各种军事和民用任务。高速发展的现代信号处理技术对雷

4、达技术的发展也起到重要的促进中作用。1．1雷达发展概况雷达信号理论形成的一个重要时期是二十世纪四、五十年代。在此期间，众多的专家学者运用经典的统计检测和参量估计理论对雷达技术中的目标探测和信号处理等问题进行了大量的研究，建立了许多经典理论，总结出了一系列雷达信号处理的基本准则，如最佳线性滤波和预测理论，匹配滤波器理论。特别是Woodward于1953年提出了著名的模糊函数理论，奠定了雷达分辨理论基础。并首次对脉冲雷达的分辨率问题进行系统地研究，使人们对雷达信号形式及处理的认识上升到了一个新的高度，从而进一步促进了对雷达波形设计及雷达信号检测的深入研究，并由此推动了脉冲压缩技术

5、的发展和应用u】。进入六十年代后，由于许多新技术和新器件相继成功开发并应用于雷达系统中，使得雷达系统的性能和指标有了大幅度提高。与此同时，由于航空航天等技术发展的需要，雷达的应用范围不断的扩大，功能不断的增强，众多不同体制的雷达研制成功并投入使用，雷达技术的应用空前繁荣。如采用脉冲压缩技术，在发射机峰值功率受到限制的条件下可以采用增加发射脉冲宽度的方法来增加发射的平均功率。这样，在提高雷达作用距离的同时又保持了窄脉冲雷达系统的距离分辨力和测距精度。同一时期，计算机技术的发展推动了数字信号处理理论和方法的研究。尤其是1965年Cooley和Tukey发现了离散傅立叶变换的快速算

6、法FFT，为数字信号频域处理的实用化打下了坚实的基础。之后又陆续出现了许多快速算法和数字滤波器的设计方法，使数字信号处理理论逐渐地成熟和完善。信号处理也有了时域和频域两类技术并进的局面。自七十年代后期以来，集成电路技术得到了迅速的发展。同时，随着超微细电子科技大学硕士学位论文加工方法和工艺的不断完善，计算机科学的进步，LSI／VLSI／ULSI产品不断涌现，DSP技术领域的不断创新发展，尤其是超大规模和超高速数字器件的出现，使雷达信号的产生和处理朝着数字化的方向迅速发展。数字技术在雷达系统中的应用，使得现代雷达系统在设备小型化、高可靠性和多功能等方面取锝了巨大的进展。雷达信号

7、处理能力的提高显著地改善了雷达的性能，如从动目标显示(MTI)到动目标检测(MTD)，信杂比改善因子提高了20dB以上，有效地增强了对杂波中运动目标的检测能力。进入九十年代，现代电子战、信息战对雷达系统提出越来越高的新要求，现代雷达面临着综合性电子干扰、反辐射导弹、低空积超低空突防以及目标隐身技术等四大威胁，这就要求现代雷达具有反地物、抗积极和消极干扰、反隐身和自身生存的能力。为了应付这些挑战，一些行之有效的新技术，例如，频率、波束、波形、功率、重复频率等雷达基本参数的捷变或自适应捷变技术：低截获概率技