基于XQ2V1000 FPGA的数字脉冲压缩系统实

2011-07-01 09:43:03来源: 电子发烧友
     脉冲压缩体制在现代雷达中被广泛采用,通过发射宽脉冲来提高发射的平均功率,保证足够的作用距离;接收时则采用相应的脉冲压缩算法获得脉宽较窄的脉冲,以提高距离分辨力,从而能够很好地解决作用距离和距离分辨力之间的矛盾问题。

  线性调频(LFM)信号通过在宽脉冲内附加载波线性调制以扩展信号带宽,从而获得较大的压缩比。所需匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感,因此LMF信号在日前许多雷达系统中仍在广泛使用。

  本文基于快速傅里叶IP核可复用和重配置的特点,实现一种频域的FPGA数字脉压处理器,能够完成正交输入的可变点LFM信号脉冲压缩,具有设计灵活,调试方便,可扩展性强的特点。

  1 系统功能硬件实现方法

  该系统为某宽带雷达系统的数据采集和数字脉冲压缩部分。系统要求在1个脉冲重复周期(PRT)内完成距离通道的数据采集及1 024点的数字脉冲压缩,并在当前PRT将脉压结果传送至DSP,其硬件结构如图1所示。

  

 

  数据采集系统主要包括前端的运算放大器和模/数转换器。运算放大器选用ADI公司的AD8138,将输入信号由单端转换为差分形式以满足ADC的输入需求,并且消除共模噪声的影响。模/数转换器选用TI公司的ADS5500,具有14 b的分辨率和125 MSPS的最高采样率,用来对输入LFM信号进行60 MHz的高速采样。

  数字脉冲压缩模块在FPGA中实现,FPGA选用Xilinx公司的XQ2V1000芯片。在对输入采样数据进行脉冲压缩后,结果存储于FPGA片内的双口RAM中,并向DSP发送中断信号。DSP在接收到中断信号后读取RAM中的脉压数据进行主处理。

  2 脉冲压缩模块的设计和实现

  2.1 脉冲压缩原理

  数字脉冲压缩技术是匹配滤波和相关接收理论的实际应用,频域的匹配滤波等效于时域的相关接收。基于匹配滤波理论实现数字脉冲压缩的原理如图2所示。

  

基于匹配滤波理论实现数字脉冲压缩的原理 www.elecfans.com

 

  图2中θ(f)为发射信号的非线性相位谱,接收的回波信号在经过匹配滤波后,非线性相位谱得到校正。输出的窄脉冲为:

  

 

  匹配滤波器有一个重要的特性:对波形相同而幅度和时延不同的信号具有适应性。也就是说,与信号s(t)匹配的滤波器,对信号as(t-τ)也是匹配的。回波信号s(t)在波门中的位置反映在脉压结果峰值出现的位置,这也是利用雷达脉冲进行测距的主要依据。

  2.2 脉冲压缩原理

  脉冲压缩模块包括FFT、与IFFT单元、复数乘法单元以及存储单元,其结构框图如图3所示。其中,FFT和IFFT单元是通过复用Xilinx公司提供的快速傅里叶变换IP核来实现的,而硬件乘法器则为复乘提供了解决途径。

  

脉冲压缩模块 www.elecfans.com

 

  采样数据首先存入FIFO中进行全局缓存,然后FFT单元从FIFO中读取采样数据,紧接着进行FFT运算,结果在流水输出时直接与匹配滤波器系数相乘,并将运算结果写入块RAMl中,最后IFFT单元从块RAMl中读取复乘后的数据进行IFFT(复用FFT运算IP核)运算,结果写入块RAMl后发送中断信号,等待DSP读取。

  

[1] [2]

关键字:数字脉冲压缩  XQ2V1000  ADS5500

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0701/article_2248.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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