测高雷达信号处理系统的设计与FPGA实现

论文摘要

现代防空作战中,测高雷达提供的目标高度信息是标明目标空间位置坐标的主要参数之一,对防空作战指挥系统进行威胁度判断、指挥决策以及火力引导都至关重要。测高雷达数字信号处理系统主要用途是将来自接收分系统的雷达回波信号进行数字信号处理,在存在地杂波/气象杂波等无源干扰和杂波环境中检测、发现目标。现场可编程门阵列(FPGA)具有灵活的可编程逻辑可以方便地实现高速数字信号处理,并具有并行处理、流水处理、反复的可编程能力,使其在雷达信号处理系统中占据了重要地位。本文首先对测高雷达信号处理系统的组成及其原理进行了分析,接着重点研究了时域/频域的线性调频脉冲压缩技术、动目标显示(MTI)/动目标检测(MTD)技术和恒虚警处理(CFAR)的原理及其经常采用的实现方法,并在MATLAB环境中对各个环节进行了参数化仿真和性能分析,最后针对上述信号处理模块,在Xilinx ISE6.3i软件集成环境下,通过对Xilinx提供的IP核的调用与VHDL语言的结合,完成测高雷达信号处理系统的FPGA实现,并在ModelSim软件下完成模块的时序仿真及验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 测高雷达技术的研究及背景
• 1.2 雷达信号处理的主要内容
• 1.3 雷达信号处理的发展趋势
• 1.4 FPGA实现信号处理的背景
• 1.5 本论文内容安排
• 2 测高雷达信号处理系统的设计
• 2.1 系统概述
• 2.2 系统组成及简单工作原理
• 2.3 系统采用的主要技术
• 2.3.1 脉冲压缩（PC）
• 2.3.2 动目标显示（MTI）和动目标检测（MTD）
• 2.3.3 恒虚警处理（CFAR）
• 3 线性调频信号的脉冲压缩技术
• 3.1 线性调频信号
• 3.2 线性调频信号的频谱特性
• 3.3 线性调频信号的脉冲压缩处理
• 3.3.1 压缩原理
• 3.3.2 时域处理方法
• 3.3.3 频域处理方法
• 3.3.4 时域处理和频域处理方法的比较
• 3.4 线性调频信号的旁瓣抑制
• 3.5 Matlab仿真结果
• 4 MTI/MTD杂波抑制技术
• 4.1 动目标显示 MTI技术
• 4.1.1 MTI的实现
• 4.1.2 MTI系统仿真
• 4.2 动目标检测 MTD系统
• 4.2.1 FFT实现窄带滤波器组
• 4.2.2 FIR实现窄带滤波器组
• 4.2.3 MTD的杂波抑制能力
• 4.2.4 MTD系统仿真
• 5 恒虚警检测技术
• 5.1 CFAR的分类
• 5.2 CFAR的基本原理
• 5.3 CFAR的实现方法
• 5.3.1 慢门限恒虚警
• 5.3.2 快门限恒虚警
• 5.3.2.1 邻近单元平均恒虚警
• 5.3.2.2 两侧单元平均选大恒虚警
• 5.3.2.3 普通对数单元平均恒虚警处理器
• 5.3.2.4 选大输出对数单元平均恒虚警处理器
• 5.4 CFAR系统仿真
• 6 FPGA实现
• 6.1 基于 Xilinx ISE的 FPGA开发
• 6.1.1 FPGA技术简介
• 6.1.2 FPGA开发流程
• 6.1.3 Xilinx FPGA的简介
• 6.1.4 Virtex II系列 FPGA
• 6.1.5 ISE简介
• 6.1.6 ModelSim简介
• 6.2 硬件描述语言HDL
• 6.3 线性调频信号数字脉冲压缩的FPGA实现
• 6.3.1 数字脉压的 FPGA设计
• 6.3.2 数字脉压的仿真结果
• 6.3.3 数字脉压的实验调试结果
• 6.4 MTD的FPGA实现
• 6.4.1 MTD的 FPGA设计
• 6.4.2 MTD的仿真结果
• 6.4.3 MTD的实验调试结果
• 6.5 CFAR的FPGA实现
• 6.5.1 CFAR的FPGA设计
• 6.5.2 CFAR的仿真结果
• 7 结束语
• 致谢
• 参考文献