测速雷达数字信号处理系统的设计

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1、万方数据西安工程大学学报JournalofXi’anPolytechnicUniversity第22卷第3期(总91期)2008年6月V01．22，No．3(Sum．No．91)文章编号：1671—850X(2008)03一0329一04测速雷达数字信号处理系统的设计张雪侠1，党幼云1，杨进2(1．西安工程大学电子信息学院，陕西西安7l0048；2．西安展意信息科技有限公司，陕西西安7l0075)摘要：采用PCI-9812数据采集卡和XC2S200FPGA芯片共同完成测速雷达系统的信号处理，即高速A

2、／D转换模块和频谱的分析，并利用VB语言实现速度时间曲线的拟合问题和终端界面的显示，完成友好的人机交互功能．关键词：测速雷达；信号处理系统；PCI一9812采集卡；界面显示中图分类号：TN911．25文献标识码：AO引言传统的测试速度技术，如靶圈测试、天幕靶测试等方法因测试过程繁琐，精度较差，已不能满足实时战地测试的需要‘¨．连续波雷达回波的多普勒频移测量方法，具有测速精度高，无速度模糊[2]，并且可以得到单值无模糊的频率值口3的特点，单对于测速来说，是最理想的方法．对于雷达后端信号处理部分，根据实

3、际要求的不同，存在有不同的处理方法c4-¨．目前，实际应用中存在多种车载雷达测速仪，它主要是测量出运动目标的即时速度并进行记录与显示，因而对于终端信号处理相对比较简单．本文设计的测速雷达数字信号处理系统不仅能完成弹丸速度的实时测量、记录与显示，更重要的是通过弹丸速度的连续测定，进而获取弹丸初速值．弹丸初速值的确定对于计算弹道的相关参数，分析弹丸的形状及大小具有重要的意义．1测速雷达系统组成1．1基本原理连续波测速雷达系统的理论基础是多普勒效应[4]在电磁波领域中的应用．其基本原理是雷达中的波震荡器震

4、荡出一系列的波，通过天线向着飞行中的弹丸发射电磁波，同时接收弹丸的反射回波，由于弹丸在运动，所以反射波和接收波之间存在有频率差，即发生了频率的变化，就是所谓的频移现象．这一频率差和弹丸的运动速度成正比例关系．其数学表达式为多普勒频差^=2y。A，式中A为信号波长，y。为运动目标的即时速度；A=c／^，c为光速，为常量，由于雷达发射的频率厂0已知，可求出A，那么只要再求出多普勒信号的频率差值^，即可求得弹丸的即时速度V。．由于得到的是连续的^的值，即对应多个y。值，因此可得出弹丸飞行轨迹上的多点瞬时速

5、度值，即弹丸速度变化曲线，再根据此曲线按最小二乘法进行拟合，推算出弹丸的初速Vo值．1．2整体结构测速雷达由信号采集机和信号处理机组成，其中信号采集机包括高频组件、喇叭天线、前置放大器、红外启动器；信号处理机包括数字信号处理器和终端显示界面．信号采集机部分完成了雷达发射机和部分接收机的功能．8mm波振荡器产生连续的8mm电磁波，通收稿日期：2008一04—11通讯作者：党幼云(1962一)，女，陕西省澄城县人．西安工程大学教授．E．mail：xlLdyy@tom．com万方数据330西安工程大学学报

6、第22卷过收发天线接收到带有多普勒频移信息的回波信号，经过混频器，将发射信号与回波信号进行比较并对消，消去相同的电磁波频率，即消去发射波遇到固定物体反射回来的干扰电磁波和发射的基波信号的频率，得到带有其他杂波信号的、与弹丸运动速度有关的多普勒频差信息，此信号为^．之后就是对这个信号进行必要的滤波、放大、频率的电平转换等相关处理，形成可以送人数据处理器中处理的电压信号．将这个信号经过数字信号算法的处理，转换成弹丸的瞬时速度值，并在PC机中显示出来．雷达测速系统的整体结构组成如图1所示．其中红外启动器在

7、雷达测速系统中的作用是用于捕获炮口发出火焰光信号形成触发信号，并作为测试时间的同步基准．接口和转换电路用于把红外启动器形成的电平信号以及放大器输出的信号，通过电缆传输给信号处理机进行处理．2数据处理方案2．1性能指标此雷达测速系统的要求是测量出弹丸发射出炮口时的初速度值．其性能指标为：测量弹丸的速度范围为800m／s～1200m／s，测量的距离是8000d(d为弹丸直径)，测量精度

8、^×V。／c，c=图1雷达测速系统的整体结构组成3．O×108m／s，计算出^=185kHz～280kHz．根据公式计算出来的这个多普勒频率^是该雷达系统所要测量的弹丸速度范围内的速度所对应的频率差，也就是在信号处理过程中所要处理的频率范围值．在这个频率范围外的频段都将使用滤波器将其滤除．在整个数字信号处理的过程中，主要是对多普勒频率差值进行的处理，最终实现速度时间的显示．2．2数据处理2．2．1硬件电路的设计在发射的8mm连续波信号经过雷达前端的发射、接收、频率对消