基于FPGA 的雷达信号采集系统设计

基于FPGA 的雷达信号采集系统设计

近年来，雷达在军用和民用领域都获得了巨大的发展。雷达信号处理系统是雷达的关键模块，对雷达定位精度起着决定性作用。FPGA 以其众多的优点，在雷达信号处理系统中被广泛使用。本文探究FPGA 在雷达信号采集方面的应用。

在现今高速A/D 转换电路的转换速率愈来愈高的条件下，雷达系统对数字信号处理器的处理速率提出了更高的要求。传统通用的DSP 由于其运行速率的限制，有时无法直接处理采样产生的超高速数据流，而FPGA 在雷达系统中的应用给上述问题带来了经济、有效的解决方案［1］。

一、雷达信号处理的主要技术及FPGA 的特点雷达信号处理系统进行信号处理的主要步骤有：雷达信号模式转换和存储目标检测和信号处理与上位机的数据传输上位机目标显示与控制，这其中所涉及的主要技术有数据重采样、自适应滤波、脉冲压缩、参数估计、恒虚警处理、自适应波束形成等，这些步骤需要完成具有高度重复性的FFT、FIR 等运算，并且实时性要求极高。FPGA 即现场可编程门阵列包含了查找表、多路复用器、寄存器和存储器，还拥有专用电路，如乘法器、快速加法器和输入- 输出处理单元。现在FPGA 的数据处理能力已经远远超过了CPU 和DSP，已经逐渐成为了数字通信、视频和图像编解码等大数据量处理领域，以及高性能数字信号处理系统的关键模块［2］。综上所述，FPGA 适合应用于雷达数字信号处理系统。

二、雷达信号的采集分析在雷达系统信号采集的过程中，需要完成的任务是对雷达回波模拟信号进行数字化采集，怎样达到数字化的采集，这就包括了采样频率如何设定、采样是否准确、能否保留所有信息还原原始信号以及多大的同步误差等等信号处理问题［3］。由于雷达视频信号是模拟视频信号，因此需对雷达视频信号采取数字化采集，首先就是利用FPGA 构成的时序数字逻辑电路来进行采样，将原始雷达模拟信号转变为系统能够处理的数字信号［4］，然后将采样后得到的数字信号传输到后面的模块进行进一步处理。雷达信号的采样通常有两种，即奈奎斯特采样和过采样。

奈奎斯特采样：当采样频率大于或等于被采样模拟信号最大频率的两倍时，则该模拟信号