本文關(guān)鍵詞：多功能低空三坐標(biāo)雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：在我國低空空域管理改革的大背景下,低空空域?qū)⒅饾u開放,各種低空、超低空飛行任務(wù)日益增多,但是小范圍的氣象災(zāi)害在3Km以下的低空會經(jīng)常出現(xiàn),對低空飛行器的安全造成嚴(yán)重威脅,因此在對低空飛行器進(jìn)行監(jiān)控和管理的同時,還需對低空空域的氣象環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,而設(shè)計專用的低空補(bǔ)盲氣象雷達(dá)將大大增加設(shè)備投入及其壽命周期成本,且會增加相互的輻射干擾,同時在通航小機(jī)場部署也不合算。而具有波束指向靈活、掃描方式多樣優(yōu)勢的多功能低空監(jiān)視雷達(dá)可以滿足這一需求。本文從雷達(dá)目標(biāo)監(jiān)視信號處理和氣象探測信號處理兩個方面出發(fā),在對信號處理過程中的關(guān)鍵算法和兩種工作模式兼容性研究的基礎(chǔ)上,針對多功能低空三坐標(biāo)雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的設(shè)計與工程實現(xiàn)過程中存在的問題以及解決方法展開研究,完成了該信號處理系統(tǒng)在軟硬件等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計,并對系統(tǒng)進(jìn)行了驗證。論文具體結(jié)構(gòu)如下:首先,對多功能低空三座標(biāo)雷達(dá)兩種主要工作模式(目標(biāo)監(jiān)視與氣象探測)中信號處理的關(guān)鍵算法進(jìn)行分析。主要包括目標(biāo)監(jiān)視模式下的數(shù)字鑒相處理、數(shù)字脈沖壓縮處理、自適應(yīng)有源干擾抑制、自適應(yīng)雜波干擾抑制、信號檢測處理、測角處理、目標(biāo)點跡錄取,氣象探測模式下的噪聲功率估計、雜波抑制、譜距估計等。本文在算法研究的基礎(chǔ)上還對實現(xiàn)方式進(jìn)行了研究,并提出了一種目標(biāo)監(jiān)視與氣象探測相互兼容的雷達(dá)調(diào)度模式,初步解決了目標(biāo)和氣象探測兼容、反射率因子和多普勒參數(shù)估計兼容兩種不同層次的矛盾。其次,在算法研究的基礎(chǔ)上對信號處理系統(tǒng)的主要工作參數(shù)進(jìn)行分析計算。以多功能低空三坐標(biāo)雷達(dá)的實際應(yīng)用環(huán)境以及系統(tǒng)指標(biāo)為設(shè)計輸入,在算法研究的基礎(chǔ)上對包括數(shù)字下變頻、脈沖壓縮、MTI、MTD、CFAR、氣象信號處理雜波抑制以及氣象基數(shù)據(jù)過門限處理等進(jìn)行Matlab模型構(gòu)造和數(shù)據(jù)仿真,根據(jù)仿真結(jié)果設(shè)置相關(guān)參數(shù),并對工作參數(shù)進(jìn)行計算,為系統(tǒng)的工程實現(xiàn)提供了設(shè)計依據(jù)。最后,對信號處理系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行工程化設(shè)計和系統(tǒng)驗證。在算法及系統(tǒng)指標(biāo)研究的基礎(chǔ)上,對FPGA實現(xiàn)雷達(dá)信號處理的主要難點和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析,提出了一種適合本系統(tǒng)的通用信號處理硬件平臺架構(gòu),并給出了該平臺的詳細(xì)方案設(shè)計。在系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方面,首先根據(jù)可重構(gòu)IP核的技術(shù),結(jié)合雷達(dá)信號處理IP核的設(shè)計流程,建立了雷達(dá)信號處理模塊化庫。之后根據(jù)系統(tǒng)需求提出了信號處理系統(tǒng)的軟件處理流程,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計,包括邏輯分割準(zhǔn)則、軟件結(jié)構(gòu)方案以及FPGA間數(shù)據(jù)傳輸情況等,給出了雷達(dá)信號處理系統(tǒng)FPGA資源使用情況。在系統(tǒng)驗證過程中,本文從信號處理的測試系統(tǒng)和測試方法進(jìn)行了論述,并對測試結(jié)果和性能進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】：多功能相控陣?yán)走_(dá) 低空監(jiān)視信號處理 氣象信號處理 通用實時信號處理平臺 可重構(gòu)IP核 信號處理模塊化庫 邏輯分割
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN957.51
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 研究面臨的挑戰(zhàn)12-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文主要工作及內(nèi)容安排14-15
• 1.5 本文的主要創(chuàng)新15-16
• 第二章 目標(biāo)監(jiān)視信號處理關(guān)鍵算法分析16-56
• 2.1 數(shù)字鑒相處理16-18
• 2.1.1 帶通采樣理論16-17
• 2.1.2 直接中頻數(shù)字正交采樣實現(xiàn)方法17-18
• 2.2 幅相一致性校正18-19
• 2.3 脈沖壓縮處理19-25
• 2.3.1 線性調(diào)頻信號20
• 2.3.2 相位編碼信號20-24
• 2.3.3 實現(xiàn)方法24-25
• 2.4 自適應(yīng)有源干擾抑制25-33
• 2.4.1 自適應(yīng)頻率捷變26-27
• 2.4.2 自適應(yīng)旁瓣對消27-31
• 2.4.3 副瓣匿影31-33
• 2.5 自適應(yīng)雜波抑制33-42
• 2.5.1 數(shù)據(jù)重排處理34-35
• 2.5.2 動目標(biāo)顯示處理（MTI）35-38
• 2.5.3 動目標(biāo)檢測處理（MTD）38-40
• 2.5.4 切向檢測處理40-42
• 2.6 虛警率控制42-51
• 2.6.1 參量型恒虛警率檢測43-46
• 2.6.2 雜波圖處理46-50
• 2.6.3 自適應(yīng)門限圖50-51
• 2.7 單脈沖測角51-52
• 2.8 錄取處理52-55
• 2.8.1 點跡檢測算法53-54
• 2.8.2 點跡參數(shù)估計54-55
• 2.8.3 點跡輸出55
• 2.9 本章小結(jié)55-56
• 第三章 氣象信號處理關(guān)鍵算法分析56-65
• 3.1 兼容工作模式設(shè)計56-57
• 3.2 噪聲功率估計57
• 3.3 氣象模式下雜波抑制57-62
• 3.3.1 偶發(fā)強(qiáng)干擾抑制58
• 3.3.2 地物雜波抑制58-62
• 3.3.3 點雜波抑制62
• 3.4 譜距估計62-64
• 3.5 本章小結(jié)64-65
• 第四章 主要工作參數(shù)的選擇與計算65-80
• 4.1 系統(tǒng)需求65-66
• 4.2 雷達(dá)波形選擇66-67
• 4.3 數(shù)字下變頻的設(shè)計與仿真67-72
• 4.3.1 中頻采樣頻率選擇67-69
• 4.3.2 低通濾波器的系數(shù)計算69-72
• 4.4 MTI濾波器的設(shè)計72-73
• 4.5 MTD濾波器組的設(shè)計73-76
• 4.6 CFAR中主要參數(shù)的選擇76-77
• 4.7 氣象基數(shù)據(jù)門限值的設(shè)計77-79
• 4.7.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制因子計算77-78
• 4.7.2 過門限判決78-79
• 4.8 本章小結(jié)79-80
• 第五章 信號處理系統(tǒng)硬件設(shè)計80-101
• 5.1 FPGA實現(xiàn)雷達(dá)信號處理的可行性分析80-81
• 5.1.1 現(xiàn)代雷達(dá)對信號處理的需求80-81
• 5.1.2 FPGA在雷達(dá)信號處理中的應(yīng)用81
• 5.2 硬件性能指標(biāo)81-82
• 5.3 關(guān)鍵技術(shù)分析82-84
• 5.3.1 高速多通道AD采集技術(shù)82-83
• 5.3.2 多FPGA系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)83-84
• 5.4 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計84-100
• 5.4.1 總體架構(gòu)84-86
• 5.4.2 FMC-AD子卡86-90
• 5.4.3 FMC-NORFLASH子卡90-92
• 5.4.4 通用數(shù)字信號處理板92-100
• 5.5 本章小結(jié)100-101
• 第六章 信號處理系統(tǒng)軟件設(shè)計101-121
• 6.1 建立雷達(dá)信號處理模塊化庫102-105
• 6.1.1 可重構(gòu)IP核技術(shù)102-103
• 6.1.2 雷達(dá)信號處理IP核的設(shè)計流程103-104
• 6.1.3 雷達(dá)信號處理模塊化庫104-105
• 6.2 FPGA系統(tǒng)軟件開發(fā)流程105-106
• 6.3 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計106-119
• 6.3.1 系統(tǒng)處理流程106-109
• 6.3.2 軟件總體設(shè)計109-119
• 6.4 本章小結(jié)119-121
• 第七章 系統(tǒng)驗證121-129
• 7.1 測試環(huán)境121-122
• 7.2 測試結(jié)果122-128
• 7.3 本章小結(jié)128-129
• 第八章 總結(jié)與展望129-132
• 8.1 本文工作總結(jié)129-130
• 8.2 工作展望130-132
• 參考 文獻(xiàn)132-135
• 致謝135-136
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表的論文136-138

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