多模雷达信号处理平台的研究与实现

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雷达信号处理具有研究内容广泛,原理各异,理论抽象,模型复杂的特点,从而导致学习的难度较大。受限于雷达实验装置的缺乏,对于雷达信号处理理论的学习很难从实验中获取直观、具体的理解。而目前已有的实验平台针对性强,通用性和灵活性不高,不方便验证不同雷达信号处理的原理。因此有必要研究设计一种能够灵活验证多种雷达信号处理原理的实验平台。本文所研究的基于FPGA和DSP架构的通用信号处理平台,采用上位机执行灵活的工作参数配置,上位机+CPLD实现不同算法的在线重构。重点研究了单脉冲跟踪和数字波束形成两种典型雷达信号处理的实现,并通过系统重构和多参数配置达到了实验验证多种雷达信号处理算法的目的。本文所研究和完成的主要工作如下:1.根据多模雷达信号处理平台的指标要求,选择适当的单脉冲跟踪和数字波束形成算法,具体包括信号预处理、脉冲压缩、杂波抑制、信号检测和空域滤波等。然后从性能指标和设计实现角度,设置参数对这两种算法进行了仿真和验证。2.分析并提出了平台的总体架构,在此基础上,划分和设计了系统的软、硬件系统架构,对于硬件系统中的存储资源消耗做了详细的分析,并简单介绍了主要芯片及其选型,然后分析了系统及各项功能的工作流程。3.阐述了多模雷达信号处理平台的具体实现,重点在于单脉冲跟踪和数字波束形成系统的FPGA+DSP实现以及基于上位机+CPLD的多模功能重构的设计。对于FPGA设计的难点——时序和时钟设计,本文做了详细的分析,通过采用流水线和并行化设计,结合模块复用和跨时钟域处理技术,实现了算法在FPGA上的实时处理。对于算法的DSP实现部分,在充分考虑其流水化处理和浮点运算特点的基础上,介绍了其功能模块的划分和工作流程。在此基础上实现了以FPGA+DSP为核心,上位机软件为辅、具有参数和功能均可在线重构特点的多模雷达信号处理平台。4.为更加方便地评估平台的功能和性能指标,本文建立了一个灵活、通用的自测试系统,对平台的不同功能在不同参数下的工作进行测试,分析了平台处理结果的误差和性能指标。结果表明所设计的多模雷达信号处理平台功能稳定,性能可靠,满足研制需求。
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