基于FPGA IP核的线性调频信号脉冲压缩

2011-07-07 13:55:51来源: 互联网 关键字:调频信号  IP核  脉冲压缩
    近年来,随着现场可编程门阵列(FPGA)在雷达信号处理中的广泛应用以及FPGA芯片技术的发展,为大家提供了一种较好解决数字脉压的途径。其中,利用IP核设计FPGA数字系统成为一种趋势,这些知识产权核可以大大简化FPGA的设计,加快设计速度,缩短研发周期,而且经过不断的优化,IP核具有了更好的精度和更快的运算速度,实际的工程应用效果很好。

  本文以此为出发点,对线性调频信号脉冲压缩进行了研究,仿真,并提出了一种采用IP核设计脉冲压缩的方法。

  1 线性调频信号的脉冲压缩

  1.1 脉冲压缩的实现原理

  脉冲压缩可以采用“共轭滤波器对”的匹配滤波法和相关处理法。匹配滤波法对应于频域相乘,相关处理法对应于时域卷积。依据傅里叶变换理论:时域卷积等效于频域乘积。因此这两种方法是等效的,只是一种方法在频域实现,而另一种方法在时域实现。考虑到运算量,工程上一般采用频域法,可以利用快速FFT算法提高计算速度,然后将雷达回波与匹配滤波系数的频域响应相乘,再经过IFFT处理得到脉冲压缩结果。匹配滤波系数只与发射信号有关,预先可知,一般预先算好。

  1.2 线性调频信号的脉冲压缩

  一般在时宽带宽积BT>30时,可以近似认为线性调频信号具有矩形振幅频谱,因此其匹配滤波器也应该具有矩形带通振幅特性。线性调频信号的匹配滤波器的近似频率特性可描述为:

  

 

  可以看出,线性调频的脉冲压缩结果具有sine函数形状。主瓣宽度为1/B,第一旁瓣电平约为-13.2 dB。如果是多目标环境,较大的旁瓣会埋没附近的小目标信号,为了抑制旁瓣,可以采用加权技术。其实质就是对信号进行失配处理以抑制旁瓣,其副作用是使输出信号的主瓣降低并展宽。

  1.3 理论仿真

  

 

  设匹配滤波器的输入信号是线性调频I/Q基带信号,带宽为40 MHz,采样频率为100 MHz,脉冲宽度为6μs,信号幅度为1,通过Matlab对其进行脉冲压缩仿真。图1中是输入的I/Q基带信号波形以及脉压后的结果。从图中可以看到脉压后产生的窄脉冲,波形具有sine函数性质,除主瓣外,时间轴上还有延伸的一串副瓣;还可看出,经过海明加权后,第一副瓣比主瓣下降约40 dB,但主瓣宽度也有相应的展宽。如图2所示。

  2 脉冲压缩系统设计

  该系统的主要功能是对线性调频I/Q基带信号进行高速采集,然后在FPGA中实现线性调频信号的脉冲压缩,之后通过D/A变换器输出脉压结果,监测脉压后的波形。

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关键字:调频信号  IP核  脉冲压缩

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0707/article_2279.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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