测高雷达目标模拟器信号处理系统设计与FPGA实现

论文摘要

雷达目标信号模拟器是一种新兴的雷达设备,它通过向被测试雷达提供假想目标及所处环境的模拟回波信号来模仿实战情况下雷达可能处于的各种各样的工作环境,回波逼真的反映了目标的运动特性、空间特性,以此来检验雷达在复杂环境条件下对目标的发现、跟踪、抗干扰等能力。采用目标模拟技术避免了在外场实验时不必要的耗费,包括人力、物力和财力。雷达模拟技术的不断发展,使它成为雷达技术的一个重要分支。本课题研究了测高雷达目标模拟器信号处理系统设计以及实现技术。首先介绍了雷达目标模拟的方法与回波理论,结合课题需求,着重对目标角度信息和距离信息进行了模拟。然后设计了系统数字信号处理部分的硬件结构。最后基于模块化的思想,在FPGA中完成了数字正交下变频、目标距离延迟、目标航路数据产生、多普勒频率调制、天线波束幅度调制、回波信号产生等主要功能模块,并给出了FPGA仿真及部分调试结果。本系统既可以接收来自雷达发射的信号并对其进行处理来模拟产生回波信号,也可以根据目标运动参数由自身直接产生,具有一定的灵活性。实验结果表明设计方案可行,并达到预期的各种指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 雷达目标模拟器的研究现状
• 1.3 雷达目标模拟器的实现方法
• 1.4 本文主要完成的工作
• 2 雷达回波理论
• 2.1 雷达回波模拟基础
• 2.1.1 雷达的基本工作原理
• 2.1.2 基本雷达方程
• 2.2 雷达点目标回波信号模型
• 2.3 运动目标回波的模拟
• 2.3.1 距离信息模拟
• 2.3.2 多普勒频率信息与速度模拟
• 2.3.3 目标高度的模拟
• 2.3.4 目标 RCS信息和起伏的模拟
• 2.4 杂波模型的建立及实现
• 2.4.1 空域杂波的种类
• 2.4.2 杂波的模拟方法
• 2.4.3 瑞利分布杂波建模与仿真
• 3 测高雷达目标模拟器信号处理系统设计及仿真
• 3.1 雷达目标模拟器的需求分析
• 3.2 设计方案
• 3.2.1 系统硬件原理框图
• 3.2.2 ADC的选型与设计
• 3.2.3 FPGA器件的选型与配置
• 3.2.4 存储器 SRAM的选型
• 3.2.5 DAC的选型
• 3.3 模拟器的工作原理
• 3.4 系统仿真
• 4 基于 FPGA的关键模块的设计与实现
• 4.1 基于 ALTERA FPGA的开发
• 4.1.1 FPGA技术简介
• 4.1.2 FPGA开发流程
• 4.2 模块划分
• 4.3 数字正交下变频模块设计与实现
• 4.3.1 基于多相滤波的数字正交变换
• 4.3.2 整数倍抽取及多相滤波结构
• 4.3.3 正交数字下变频方案设计
• 4.3.4 正交数字下变频模块的实现
• 4.4 目标航路数据产生模块的设计与实现
• 4.4.1 模块的设计原理
• 4.4.2 目标运动方程的建立
• 4.5 多普勒调制模块的设计与实现
• 4.6 目标距离延迟模块设计与实现
• 4.6.1 模块的设计原理
• 4.6.2 FIFO模块的设计
• 4.6.3 延迟计算模块的设计
• 4.6.4 仿真结果
• 4.7 天线波束幅度调制模块的设计与实现
• 4.7.1 天线波束幅度调制模块的设计原理
• 4.7.2 模块的具体实现
• 4.7.3 仿真结果
• 4.8 回波信号产生模块设计与实现
• 4.8.1 DDS技术原理
• 4.8.2 DDS实现线性调频信号
• 4.8.3 仿真结果
• 4.9 调试结果
• 5 结束语
• 致谢
• 参考文献