EDA/PLD中的基于FPGA的雷达脉冲压缩系统设计
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2020-12-08
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EDA/PLD中的基于中的基于FPGA的雷达脉冲压缩系统设计的雷达脉冲压缩系统设计
脉冲压缩技术是指对雷达发射的宽脉冲信号进行调制(如线性调频、非线性调频、相位编码)，并在接收端对回波
宽脉冲信号进行脉冲压缩处理后得到窄脉冲的实现过程。脉冲压缩有效地解决了雷达作用距离与距离分辨率之
间的矛盾，可以在保证雷达在一定作用距离下提高距离分辨率。 线性调频信号的脉冲压缩 脉冲压缩的
过程是通过对接收信号s(t)与匹配滤波器的脉冲响应h(t)求卷积的方法实现的。而处理数字信号时，脉压过程是
通过对回波序列s(n)与匹配滤波器的脉冲响应序列h(n)求卷积来实现的。匹配滤波器的输出为：
（1） 依据式（1）的实现方法叫做时域相关法。根据傅里叶变换理论，时域卷积等
脉冲压缩技术是指对雷达发射的宽脉冲信号进行调制(如线性调频、非线性调频、相位编码)，并在接收端对回波宽脉冲信号
进行脉冲压缩处理后得到窄脉冲的实现过程。脉冲压缩有效地解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾，可以在保证雷达
在一定作用距离下提高距离分辨率。
线性调频信号的脉冲压缩 线性调频信号的脉冲压缩
脉冲压缩的过程是通过对接收信号s(t)与匹配滤波器的脉冲响应h(t)求卷积的方法实现的。而处理数字信号时，脉压过程是
通过对回波序列s(n)与匹配滤波器的脉冲响应序列h(n)求卷积来实现的。匹配滤波器的输出为：
（1）
依据式（1）的实现方法叫做时域相关法。根据傅里叶变换理论，时域卷积等效于频域相乘，因此，式（1）可以采用快
速傅里叶变换（FFT）及反变换(IFFT)在频域内实现，称为频域快速卷积法。
用频域方法实现数字脉压，其基本原理是先对外部采样信号进行快速傅里叶变换(FFT)以求得回波信号频谱S(w)，再将
S(w)与匹配滤波器频谱H(w)进行乘积运算，最后对乘积结果进行快速傅里叶逆变换(IFFT)得到脉压结果Y(n)，用公式表示为
（2）
频域快速卷积法的原理如图1所示，存储器中存储的是匹配滤波器传递函数H(k)。
图1 频域脉冲压缩原理框图
依据匹配滤波理论，数字匹配滤波器的脉冲响应h(n)及传递函数H(k)为
h(n)＝s1(-n)，H(k)=s1(k) （3）
其中， s(n)为雷达发射信号序列；S(k)为信号序列频谱。
数字脉冲压缩系统 数字脉冲压缩系统
1 系统构成和硬件设计系统构成和硬件设计
本系统是单脉冲雷达信号处理机的一部分，由于单脉冲雷达所需要处理的距离、方位/俯仰两路信号来自同一发射信号源
的目标反射回波，要求对两路信号进行同时、同频ADC采样和完全相同算法的脉冲压缩处理。针对这一特点，雷达数字脉冲
压缩系统将相同的脉冲压缩处理功能移至两片FPGA芯片内。由于对雷达体积、重量、功耗等指标有特殊要求，本系统采用二
个通道的脉冲压缩处理硬件结构，即方位和俯仰两路信号分时共用一个脉冲压缩通道。雷达信号处理分系统硬件结构如图2所
示。
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