本文關鍵詞：基于脈沖壓縮技術的船用導航雷達數(shù)字信號處理設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著航運業(yè)的發(fā)展,船用導航雷達作為船舶避障、通航、導向的重要設備,其在基本原理和工程應用方面的研究受到越來越多的重視。船用導航雷達正從傳統(tǒng)的磁控管模式雷達逐漸向新式的固態(tài)脈沖壓縮和連續(xù)波雷達過渡,以實現(xiàn)延長壽命、提高距離分辨力、降低對人體的傷害等目的。但固態(tài)雷達從射頻前端設計到中頻信號處理的技術相對來說更加復雜,一次性投入成本更高,這直接影響了固態(tài)雷達在民用船用導航領域的應用。本文在脈沖壓縮技術基礎之上,對船用導航雷達的數(shù)字信號處理模塊提出了新的設計思路,即采用單塊FPGA芯片實現(xiàn)三種類型的線性調頻脈沖信號的壓縮以滿足不同的量程和不同的距離分辨力需求,力求獲得低的設計成本、較好的通用性以及完備的功能,推動固態(tài)體制雷達技術在船用導航雷達領域的應用。該方案完成脈沖壓縮的三種線性調頻信號時帶積均為30,時寬分別為1μs、3?s和6μs,在120MHz的采樣率下經(jīng)數(shù)字下變頻抽取到60點的兩路基帶信號。采用一級CIC濾波器、一級半帶濾波器和一級FIR抽取波器的方案,抽取倍數(shù)較小時跳過中間級。在匹配濾波器的設計中濾波系數(shù)經(jīng)過漢明窗加權抑制旁瓣,并針對大距離門數(shù)的特點采用優(yōu)化的時域結構。脈壓預處理后再經(jīng)過脈沖累計算法模塊增大信噪比,同時,恒虛警算法模塊提高目標檢測的準確性。各模塊采用流水的方式由專門的控制模塊統(tǒng)一調度。本文還設計了中頻信號處理板卡,包括FPGA的最小系統(tǒng)及其外圍芯片的電路。其中,高速AD芯片可滿足200MHz帶寬以內的信號采集,網(wǎng)口芯片可實現(xiàn)100Mbps的數(shù)據(jù)流傳輸,DDS芯片可滿足400MHz以內的各類信號的調制。該板卡適合中等規(guī)模且對實時性要求比較高的信號處理系統(tǒng)進行二次開發(fā)。本設計的測試結果:三種信號的脈壓旁瓣抑制比均達到30dB,滿足多量程需求,數(shù)據(jù)處理速度不低于720Mbps,距離分辨力可達到7.5米,上位機界面觀測到的圖像清晰、抗干擾能力強、實時性好,能滿足實用需求。
【關鍵詞】：船用導航雷達 脈沖壓縮 距離分辨力 主副比
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U665.22
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 研究工作的背景與意義11-12
• 1.2 船用導航雷達的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢12-13
• 1.3 本文的主要工作13
• 1.4 本文的結構安排13-15
• 第二章 脈沖壓縮基礎理論15-33
• 2.1 脈沖壓縮技術原理15-20
• 2.1.1 概述15
• 2.1.2 最佳信噪比和匹配濾波15-18
• 2.1.3 線性調頻信號時域和頻域特性18-20
• 2.2 線性調頻脈沖壓縮和距離旁瓣抑制20-24
• 2.2.1 線性調頻信號的匹配濾波20-21
• 2.2.2 線性調頻旁瓣抑制技術21-24
• 2.3 線性調頻脈沖壓縮系統(tǒng)的基本模塊理論24-32
• 2.3.1 數(shù)字下變頻25-29
• 2.3.2 時域脈沖壓縮29-31
• 2.3.3 頻域脈沖壓縮31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第三章 固態(tài)脈壓船用導航雷達信號處理算法設計及實現(xiàn)33-65
• 3.1 船用導航雷達中頻信號處理方案總體概述33-37
• 3.1.1 系統(tǒng)設計的指標及分析33-36
• 3.1.2 中頻信號處理流程方案36-37
• 3.2 數(shù)字下變頻模塊設計37-49
• 3.2.1 數(shù)字下變頻模塊的結構分析與參數(shù)設計38-43
• 3.2.2 數(shù)字下變頻模塊的RTL實現(xiàn)43-49
• 3.3 脈沖壓縮模塊的實現(xiàn)方案49-57
• 3.3.1 時域脈壓方式實現(xiàn)的結構分析與參數(shù)設計49-51
• 3.3.2 時域脈壓方式的模塊RTL實現(xiàn)51-53
• 3.3.3 頻域脈壓方式實現(xiàn)的結構分析與參數(shù)設計53-54
• 3.3.4 頻域脈壓方式的模塊RTL實現(xiàn)54-57
• 3.3.5 兩種實現(xiàn)方式的結果對比57
• 3.4 脈沖累計模塊設計57-61
• 3.4.1 脈沖累計模塊的結構分析與參數(shù)設計58-59
• 3.4.2 脈沖累計模塊的RTL實現(xiàn)59-61
• 3.5 恒虛警模塊設計61-64
• 3.5.1 恒虛警處理模塊的結構分析與參數(shù)設計61-63
• 3.5.2 恒虛警模塊的RTL實現(xiàn)63-64
• 3.6 本章小結64-65
• 第四章 船用導航雷達中頻信號處理硬件設計65-84
• 4.1 FPGA最小系統(tǒng)設計65-69
• 4.1.1 FPGA的配置電路65-66
• 4.1.2 FPGA板塊電路66-67
• 4.1.3 DDR3電路67-68
• 4.1.4 最小系統(tǒng)的整體效果68-69
• 4.2 高速AD電路設計69-73
• 4.2.1 AD芯片基本功能介紹69-70
• 4.2.2 AD芯片外圍接.電路設計70
• 4.2.3 AD芯片寄存器配置和驅動設計70-73
• 4.3 網(wǎng)絡接口電路設計73-77
• 4.3.1 網(wǎng)口芯片介紹73-74
• 4.3.2 網(wǎng)口芯片的接.時序和外圍電路設計74-75
• 4.3.3 基于IEEE 802.3 MAC的網(wǎng)口數(shù)據(jù)傳輸75-77
• 4.4 DDS接口電路設計77-80
• 4.4.1 AD9910芯片介紹77
• 4.4.2 AD9910的數(shù)字斜坡模式77-78
• 4.4.3 線性調頻信號設計78-80
• 4.5 板卡總體原理圖和PCB80-82
• 4.6 本章小結82-84
• 第五章 測試結果及分析84-93
• 5.1 測試方法與系統(tǒng)搭建84-86
• 5.2 信號處理板卡接口驗證86-88
• 5.2.1 AD接口模塊測試86
• 5.2.2 DDS配置接口驗證86-88
• 5.2.3 網(wǎng)口芯片接口測試88
• 5.3 脈沖壓縮模塊驗證88-90
• 5.4 脈沖累計模塊測試90-91
• 5.5 恒虛警模塊測試91-92
• 5.6 本章小結92-93
• 第六章 全文總結與展望93-94
• 6.1 全文總結93
• 6.2 后續(xù)工作展望93-94
• 致謝94-95
• 參考文獻95-97
• 攻讀碩士學位期間取得的成果97-98

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