伪码调相中断连续波雷达的信号处理系统设计及FPGA实现

论文摘要

在现代高技术战争中,以雷达为代表的战场感知系统,对战争的胜负起着不可估量的作用。近程地面侦察雷达能够对入侵方的坦克、装甲车辆、步兵等地面活动目标进行全天候的监视。而伪码调相中断连续波雷达结合了脉冲多普勒雷达和伪码调相连续波雷达的优势,克服了连续波雷达发射泄漏的缺点,有效地提升了地面侦察雷达的性能,是国内外研究的热点。论文首先对常用的伪随机码的自相关特性进行了分析,建立了伪码调相中断连续波雷达的目标回波模型,在此基础上仿真分析了伪码调相中断连续波信号的模糊函数图。其次,设计了满足雷达性能要求且适合FPGA实现的信号处理算法,包括数字下变频、杂波抑制、匹配滤波及旁瓣抑制、距离门重排、多普勒滤波、功率谱估计等处理模块,并利用MATLAB仿真工具对处理算法的功能和性能进行了评估。再次,在信号处理硬件平台的Altera EP3SE110上实现了该信号处理算法,并进行了测试。测试表明本文设计的算法可以正确地检测到目标并得到目标的距离、速度、强度等信息。最后,讨论了伪码调相中断连续波雷达的多普勒补偿技术,在对常用的普勒补偿技术分析的基础上,设计实现了基于FPGA的补偿方法,并完成了该方法在信号处理硬件平台上的功能测试,验证了该方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 伪码调相中断连续波雷达的关键技术
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 2 伪码调相中断连续波雷达的波形分析
• 2.1 伪随机码信号分析
• 2.1.1 伪随机码信号定义
• 2.1.2 最佳二进制序列
• 2.1.3 最大长度序列
• 2.2 伪码调相中断连续波雷达的回波模型
• 2.3 伪码调相中断连续波信号的模糊函数分析
• 2.3.1 模糊函数定义及模糊图绘制方法
• 2.3.2 伪随机码模糊图
• 2.3.3 伪码调相中断连续波雷达信号模糊图
• 2.4 本章小结
• 3 信号处理算法设计及仿真
• 3.1 信号处理系统结构
• 3.2 数字下变频（DDC）
• 3.2.1 数字下变频原理
• 3.2.2 数字下变频仿真结果
• 3.3 杂波抑制
• 3.3.1 杂波抑制原理
• 3.3.2 MTI滤波器设计
• 3.3.3 杂波抑制仿真结果
• 3.4 脉冲压缩及旁瓣抑制
• 3.4.1 脉冲压缩
• 3.4.2 旁瓣抑制
• 3.4.3 失配滤波器设计
• 3.4.4 脉冲压缩仿真结果
• 3.5 距离门重排和多普勒滤波
• 3.5.1 距离门重排
• 3.5.2 多普勒滤波
• 3.5.3 距离门重排及多普勒滤波仿真结果
• 3.6 功率谱估计
• 3.6.1 功率谱密度定义
• 3.6.2 改进的周期图法功率谱估计
• 3.7 本章小结
• 4 信号处理系统FPGA实现
• 4.1 信号处理系统硬件平台
• 4.1.1 硬件平台资源
• 4.1.2 FPGA简介
• 4.1.3 FPGA开发流程
• 4.2 信号处理系统FPGA实现
• 4.2.1 系统框架设计
• 4.2.2 数字下变频模块
• 4.2.3 杂波抑制模块
• 4.2.4 脉冲压缩模块
• 4.2.5 多普勒滤波模块
• 4.2.6 距离门重排模块
• 4.2.7 FFT模块
• 4.3 系统测试
• 4.4 本章小结
• 5 伪码调相中断连续波雷达的多普勒补偿
• 5.1 多普勒补偿的原理
• 5.2 多普勒补偿的方法
• 5.2.1 传统多支路多普勒补偿法
• 5.2.2 基于相位矫正的多普勒补偿法
• 5.2.3 伪码调相中断连续波雷达多普勒补偿方法
• 5.3 多普勒补偿的FPGA设计验证
• 5.3.1 多普勒补偿的FPGA实现框图
• 5.3.2 多普勒补偿的FPGA实现测试结果
• 5.4 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和参与的项目