回波信号多普勒相位计算方法在FPGA上的实现

多普勒相位作为被测目标信息获取的重要来源，其计算精度成为基于FPGA实现合成孔径雷达实时回波模拟技术的关键要素。本文针对多普勒相位计算过程中存在的数值开方运算以及FPGA中专用开方器件的缺失性问题，在保证原始数据的仿真精度以及满足大位宽数据的仿真需求基础下，以Xilinx Virtex6 sx315t 为硬件平台，使用两种FPGA常用的近似方法——泰勒级数展开和CORDIC算法，对于多普勒相位的定点求解进行了程序设计与实现，并将仿真结果与MATLAB双精度理论数据进行对比，验证了精度的有效性。 回波信号多普勒相位计算方法在FPGA上的实现是一项关键的技术，因为多普勒相位是合成孔径雷达（SAR）获取被测目标信息的重要参数。SAR是一种高分辨率的微波成像雷达，广泛应用于地理测绘、军事侦察等领域。在SAR系统的设计与开发中，对原始数据的仿真、成像处理和图像质量评估至关重要。实时回波模拟技术则能够生成大量的模拟回波数据，用于系统验证和研究。 在多普勒相位的计算过程中，需要进行数值开方运算，但在FPGA中通常没有专用的开方器件，这成为了一个挑战。为了解决这个问题，文章提出了两种常用的FPGA近似计算方法：泰勒级数展开和CORDIC算法。这两种方法都能在保证仿真精度的同时，应对大位宽数据的处理需求。 泰勒级数展开是将函数表示为无限项的幂级数，然后在一定的误差范围内用有限项来近似计算。这种方法在FPGA实现中，通过预先计算和存储泰勒级数的部分项，可以高效地进行非线性运算。 CORDIC算法，全称为坐标旋转数字计算机（Coordinate Rotation Digital Computer），是一种简单的硬件实现方法，仅使用位移、加法和减法操作，适用于FPGA资源有限的情况。在计算多普勒相位时，通过一系列角度旋转达到目标值，适用于计算斜距，进而求得多普勒相位。 文章在Xilinx Virtex6 sx315t FPGA上实现了这两种方法，并将仿真结果与MATLAB的双精度理论数据进行对比，验证了计算精度的有效性。通过仿真，我们可以看到泰勒级数展开和CORDIC算法在处理斜距计算时的误差分布，这对于评估不同方法的适用性和优化选择具有重要意义。 这篇论文展示了如何在FPGA上克服硬件限制，实现高精度的多普勒相位计算，这对于SAR系统的实时回波模拟和成像处理具有实际应用价值。通过比较和验证不同的计算策略，研究者可以优化FPGA资源的使用，提高计算效率，从而推动SAR技术的进步。