线性调频信号脉冲压缩的FPGA实现

论文摘要

脉冲压缩技术在雷达和无线通讯中有着广泛的应用,随着信号处理技术的发展,对脉冲压缩处理速度的要求越来越高。FPGA具有较高的处理速度、并行处理、流水处理以及反复可编程等优点,可以方便的实现高速数字信号处理,越来越受到国内外从事数字信号处理的研究者的青睐。本文分析了时域脉冲压缩和频域脉冲压缩的FPGA的实现方法,主要完成了系统架构设计、方案的论证、FPGA的整套设计流程、结果的测试等工作。时域上的脉压即线性卷积是通过FIR滤波器来实现的,常用的方法将消耗大量的乘法器和加法器,使得时域脉压用FPGA实现起来非常困难。本文采用查找表的方法来实现FIR滤波器,充分利用了FPGA的资源并且提高了处理效率。频域脉压的实现方法是首先对输入信号做FFT,再乘以匹配滤波器的数字频率响应函数,然后经IFFT输出脉冲压缩后的结果。其实现的难点和核心为FFT的FPGA实现。本文实现的FFT模块是基-2算法的1024点DIF-FFT。IFFT在结构上与FFT基本一致。这两种方法除RAM和ROM外的所有模块均由Verilog HDL程序编写,有较好的可移植性。本文所设计的脉冲压缩处理系统具有速度高,体积小,功耗低,实现简单等优点,为设计高性能的现代雷达信号处理系统提供了可靠的保证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 雷达信号处理的发展
• 1.2 基于FPGA 的雷达脉冲压缩处理的概述
• 1.3 可编程逻辑器件的发展与片上系统的应用
• 1.4 本论文主要内容及安排
• 第二章 脉冲压缩的原理及其仿真
• 2.1 脉冲压缩简介
• 2.2 脉冲压缩的原理
• 2.2.1 最佳处理与匹配滤波
• 2.2.2 脉压系统工作原理
• 2.2.3 线性调频信号距离旁瓣的抑制
• 2.3 脉冲压缩的实现方式
• 2.3.1 时域处理方式
• 2.3.2 频域处理方式
• 2.3.3 两种实现方式的比较
• 2.4 MATLAB 仿真结果分析
• 2.4.1 线性调频信号的频谱特性
• 2.4.2 线性调频信号脉冲压缩的仿真
• 第三章 FPGA实现时域脉冲压缩的设计
• 3.1 时域脉压和频域脉压在FPGA 实现脉压处理中的应用前景
• 3.2 硬件FPGA 完成时域线性脉压的原理
• 3.3 硬件FPGA 方式实现时域脉压的总体结构设计
• 3.4 硬件脉压时域方式与软件FFT 方式的性能比较
• 3.5 时域脉压的仿真流程及结果
• 第四章 FPGA实现频域脉冲压缩设计
• 4.1 频域数字脉压实现的基本原理
• 4.2 频域数字脉压的结构化设计
• 4.2.1 结构化设计的概念
• 4.2.2 脉冲压缩系统结构的划分
• 4.3 快速傅立叶变换（FFT）算法原理
• 4.3.1 FFT 基本原理
• 4.3.2 基-2FFT 算法
• 4.3.3 基-4FFT 算法
• 4.4 快速傅立叶变换（FFT）硬件实现
• 4.4.1 RAM 数据存储单元
• 4.4.2 ROM 旋转因子存储单元
• 4.4.3 蝶形运算单元
• 4.4.4 控制单元
• 4.5 匹配滤波器的FPGA 设计
• 第五章 频域脉压的开发及仿真
• 5.1 所选器件及开发流程简介
• 5.1.1 所选器件简介
• 5.1.2 开发流程简介
• 5.2 频域脉压实验结果及性能分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间参加的科研和发表的论文