本文關(guān)鍵詞：基于脈沖壓縮技術(shù)的船用導(dǎo)航雷達(dá)數(shù)字信號處理設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展,船用導(dǎo)航雷達(dá)作為船舶避障、通航、導(dǎo)向的重要設(shè)備,其在基本原理和工程應(yīng)用方面的研究受到越來越多的重視。船用導(dǎo)航雷達(dá)正從傳統(tǒng)的磁控管模式雷達(dá)逐漸向新式的固態(tài)脈沖壓縮和連續(xù)波雷達(dá)過渡,以實(shí)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(dá)從射頻前端設(shè)計(jì)到中頻信號處理的技術(shù)相對來說更加復(fù)雜,一次性投入成本更高,這直接影響了固態(tài)雷達(dá)在民用船用導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用。本文在脈沖壓縮技術(shù)基礎(chǔ)之上,對船用導(dǎo)航雷達(dá)的數(shù)字信號處理模塊提出了新的設(shè)計(jì)思路,即采用單塊FPGA芯片實(shí)現(xiàn)三種類型的線性調(diào)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(shè)計(jì)成本、較好的通用性以及完備的功能,推動固態(tài)體制雷達(dá)技術(shù)在船用導(dǎo)航雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用。該方案完成脈沖壓縮的三種線性調(diào)頻信號時(shí)帶積均為30,時(shí)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(diǎn)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(shí)跳過中間級。在匹配濾波器的設(shè)計(jì)中濾波系數(shù)經(jīng)過漢明窗加權(quán)抑制旁瓣,并針對大距離門數(shù)的特點(diǎn)采用優(yōu)化的時(shí)域結(jié)構(gòu)。脈壓預(yù)處理后再經(jīng)過脈沖累計(jì)算法模塊增大信噪比,同時(shí),恒虛警算法模塊提高目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確性。各模塊采用流水的方式由專門的控制模塊統(tǒng)一調(diào)度。本文還設(shè)計(jì)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(nèi)的信號采集,網(wǎng)口芯片可實(shí)現(xiàn)100Mbps的數(shù)據(jù)流傳輸,DDS芯片可滿足400MHz以內(nèi)的各類信號的調(diào)制。該板卡適合中等規(guī)模且對實(shí)時(shí)性要求比較高的信號處理系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。本設(shè)計(jì)的測試結(jié)果:三種信號的脈壓旁瓣抑制比均達(dá)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(dá)到7.5米,上位機(jī)界面觀測到的圖像清晰、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好,能滿足實(shí)用需求。
【關(guān)鍵詞】：船用導(dǎo)航雷達(dá) 脈沖壓縮 距離分辨力 主副比
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(dǎo)航雷達(dá)的技術(shù)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(jié)構(gòu)安排13-15
• 第二章 脈沖壓縮基礎(chǔ)理論15-33
• 2.1 脈沖壓縮技術(shù)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(diào)頻信號時(shí)域和頻域特性18-20
• 2.2 線性調(diào)頻脈沖壓縮和距離旁瓣抑制20-24
• 2.2.1 線性調(diào)頻信號的匹配濾波20-21
• 2.2.2 線性調(diào)頻旁瓣抑制技術(shù)21-24
• 2.3 線性調(diào)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(shí)域脈沖壓縮29-31
• 2.3.3 頻域脈沖壓縮31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 固態(tài)脈壓船用導(dǎo)航雷達(dá)信號處理算法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)33-65
• 3.1 船用導(dǎo)航雷達(dá)中頻信號處理方案總體概述33-37
• 3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指標(biāo)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(shè)計(jì)37-49
• 3.2.1 數(shù)字下變頻模塊的結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)設(shè)計(jì)38-43
• 3.2.2 數(shù)字下變頻模塊的RTL實(shí)現(xiàn)43-49
• 3.3 脈沖壓縮模塊的實(shí)現(xiàn)方案49-57
• 3.3.1 時(shí)域脈壓方式實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)設(shè)計(jì)49-51
• 3.3.2 時(shí)域脈壓方式的模塊RTL實(shí)現(xiàn)51-53
• 3.3.3 頻域脈壓方式實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)設(shè)計(jì)53-54
• 3.3.4 頻域脈壓方式的模塊RTL實(shí)現(xiàn)54-57
• 3.3.5 兩種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)果對比57
• 3.4 脈沖累計(jì)模塊設(shè)計(jì)57-61
• 3.4.1 脈沖累計(jì)模塊的結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)設(shè)計(jì)58-59
• 3.4.2 脈沖累計(jì)模塊的RTL實(shí)現(xiàn)59-61
• 3.5 恒虛警模塊設(shè)計(jì)61-64
• 3.5.1 恒虛警處理模塊的結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)設(shè)計(jì)61-63
• 3.5.2 恒虛警模塊的RTL實(shí)現(xiàn)63-64
• 3.6 本章小結(jié)64-65
• 第四章 船用導(dǎo)航雷達(dá)中頻信號處理硬件設(shè)計(jì)65-84
• 4.1 FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)70
• 4.2.3 AD芯片寄存器配置和驅(qū)動設(shè)計(jì)70-73
• 4.3 網(wǎng)絡(luò)接口電路設(shè)計(jì)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(shí)序和外圍電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(diào)頻信號設(shè)計(jì)78-80
• 4.5 板卡總體原理圖和PCB80-82
• 4.6 本章小結(jié)82-84
• 第五章 測試結(jié)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(yàn)證86-88
• 5.2.1 AD接口模塊測試86
• 5.2.2 DDS配置接口驗(yàn)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(yàn)證88-90
• 5.4 脈沖累計(jì)模塊測試90-91
• 5.5 恒虛警模塊測試91-92
• 5.6 本章小結(jié)92-93
• 第六章 全文總結(jié)與展望93-94
• 6.1 全文總結(jié)93
• 6.2 后續(xù)工作展望93-94
• 致謝94-95
• 參考文獻(xiàn)95-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果97-98

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本文編號：323786