雷达线性调频脉冲信号ppt

C' C' =A-BWp +CW2p -DW3p
D' D' =A+jBW p -CW 2p -jDW3p
D
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5.2 FFT的FPGA实现
c) 硬件实现结构 采用级联结构来实现FFT处理
第 0级 位 倒 输入数据 序 单 元
蝶 形 运 算 单 元
第(r-1)级
蝶 形 运 算 单 元

D，
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D
T

TB
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理

3.3频域处理
在时域中 y0（t）=sr（t）*h（t） 则在频域 Y。(ω)=Sr(ω)×H(ω).
y0（t）= F 1 [ Y。(ω) ]
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
sr （ t ） A/D Sr（n） FFT Sr(ω) Sr(ω)×H(ω ) H(ω) Y。(ω) IFFT
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理
1 概述
本文基于FPGA在频域实现脉冲压缩进行研究。通过 脉冲压缩理论分析和Matlab仿真，并用Matlab和Modelsim 软件联合仿真，在QuartusⅡ开发工具上用VerilogHDL语 言编写软件，通过仿真测试后，将软件固化到FPGA中进 行调试和测试，最后将Matlab仿真成功的结果与FPGA实 现的结果比较，验证系统的正确性。
1 {DFT [ X N
*
( k )]} *
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5.5 FPGA实现的数字脉冲压缩仿真结果 和Matlab仿真结果对比
Matlab 脉压功率谱
Modelsim 与 MATLAB 联合仿真脉压功率谱
Matlab和FPGA脉压结果比较图
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
图中，当
B 1 2 t 时， ，习惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。 2B 1 1 2 2B B LFM信号的压缩前脉冲宽度T和压缩后的脉冲宽度之比通常称为压缩比
Bt 时，t 1
为其第一零点坐标；当 Bt
脉冲压缩系统的结构划分主要分为: 输入模块 脉冲压缩模块 输出模块三大部分。
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5.1 FPGA的频域脉压实现原理
接收信号 s(t): MATLAB 产生脉宽 6us、带宽 40MHz 的线性调频信号 离散 处理
FFT
IFFT
监视器
ROM(匹配滤波函数 h（t）的 FFT) MATLAB 产生的 16bit 的二进制数据
j 2 ( f c t k t 2 ) 2
S（t）= A*rect（ T）*
t
e
不考虑目标的移动即移动目标的多普勒频率fd为0，雷达天线接收到的回波信号为 ：
t 2 sr（t）= rect（ ）×exp（ jkt ） T
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
3 脉冲压缩的工作原理
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理
1 概述
雷达中脉冲压缩的主要方法： 用表面声波（SAW）器件产生调频信号和压缩信号； 用数字电路进行相位调制和压缩； 在DSP器件上通过软件编程实现数字脉冲压缩； 用现场可编程门阵列(FPGA)器件实现数字脉冲压缩。
本课题主要是利用FPGA开发试验板，对雷达中使 用的线性调频脉冲信号进行脉冲压缩研究。目的是寻 找一种用FPGA实现线性调频脉冲压缩的方法，以便用 以雷达中，对减小雷达的体积、重量和功耗作贡献。
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
4 线性调频脉冲信号脉压的Matlab仿真 4.4脉压仿真过程描述


t 将时域线性调频脉冲信号sr（t）= rect（ ）×exp（ T
jkt 2 ）离散处理为
Sr（n）= rect （ nt s ）×
T


将匹配滤波函数（参考函数）h（t）=sr（-t）离散化为 将Sr（n）通过快速傅里叶变换（FFT）为频谱函数Sr(ω)。 将h（n）通过快速傅里叶变换（FFT）为频谱函数H(ω)。 将Sr(ω) 与H(ω)相乘得Y。(ω)=Sr(ω)×H(ω)。 将Y。(ω)=Sr(ω)×H(ω)做快速傅里叶反变换（IFFT）得到脉压后的时域信号
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t y0（t）=T sinc(π Bt)rect( 2T )。
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4 线性调频脉冲信号脉压的Matlab仿真 4.5 Matlab仿真输出结果
2000 1000 0 -1000 -2000 I 路 信 号
0
200
400
600 Q 路 信 号
800

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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
4 线性调频脉冲信号脉压的Matlab仿真 4.3 FFT点数的选择


FFT点数应大于N+L-1。 N：输入信号的点数：发射脉宽T（us）*150（m/us）/距离分辨率 （m） L：滤波器阶数：发射脉宽T*采样频率。 FFT点数为大于N+L-1=（6*150/4）+6*100-1=225+600-1=824 FFT点数取1024点。
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理
1 概述
线性调频脉冲信号是雷达中使用的一种波形，这种波形主 要有如下优点： 能可以获得较高的距离分辨率；
提高雷达的作用距离； 具有较好的抗干扰能力和低截获概率特性。
发射时采用大脉宽可用于提高雷达的占空比并降低脉冲 峰值功率以获得好的低截获概率特性，接收时采用相应的脉 冲压缩技术将宽脉冲压缩为窄脉冲以获得较高的距离分辨率 ，同时获得较好的信杂比，这样就解决了分辨率的问题，同 时解决了低脉冲峰值功率对雷达作用距离影响的问题。
雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理 基于FPGA的线性调频脉压仿真
学生：佘辰俊 指导老师：
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理
1 概述 2 线性调频信号的描述 3 脉冲压缩的工作原理 4线性调频脉冲信号脉压的Matlab仿真 5 VerilogHDL实现FPGA数字脉压仿真 6固化到FPGA板中进行实时运行并测试给出脉压结果 7结束语
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理
2 线性调频信号的描述
发射机
雷 达 天 线
低功率射频单 元
定时器
接收机
A/D变换
脉冲压缩
频谱分析 目标检测
视频处理
目标跟踪
视频显示
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sr（t）= rect（
。
雷达线性调频脉冲信号的数字脉压处理
2 线性调频信号的描述
雷达发射的线性调频信号为被方波调制的射频信号S（t）。
第 r级
蝶 形 运 算 单 元
双 口
RAM
双 口
RAM
双 口
RAM
旋转因子
旋转因子
旋转因子
FFT的级联结构
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5.3 级联结构FFT实现
a) b) c) d) e) f) 位倒序单元设计 存储单元结构 复乘单元的设计 地址产生单元 蝶形运算单元设计 块浮点单元设计
Y0 （ t ）
h（t）
离散 处理
h （ n ） FFT
频域匹配滤波原理框图
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
4 线性调频脉冲信号脉压的Matlab仿真 4.1输入信号参数

形式：S(t)= rect(t/T)exp(j2π K t2)，t=-T/2~T/2 T:脉宽6us K：线性调频斜率B/T B:线性调频信号带宽40MHz 距离分辨率：4m 脉冲周期PRI：400us 目标个数：1个 目标距离： 20000m
频域脉冲压缩结构框图
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5.2 FFT的FPGA实现
a) 算法选择 FFT算法基本上分为两大类：时域抽取法FFT(DIT-FFT)和频域 抽取FFT(DIF-FFT)。 本文采用按时域抽取的基4算法。 b) 基四FFT算法推导 设 是一个有限长序列， 的DFT可表示为：
nk X (k ) x(n)WN , k 0,1,...N 1 n 0 N -1
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5.2 FFT的FPGA实现
经推导可得基4的蝶形运算单元如图所示：
A
A ' A' =A+BW p +CW 2p +DW3p
B
C
B' B' =A-jBW p -CW 2p +jDW 3p
脉冲压缩处理的目的：是要将一个宽脉冲线性调频信号压缩为一个窄脉冲信号
。
3.1在平稳高斯白噪声背景下，从希望在接收端获得最大输出信噪比这个 匹配滤波选择
想法出发，可以推导出匹配滤波器，根据资料推导，使线性调频脉冲经 过滤波器后能够获得最大信噪比的滤波器为线性调频脉冲匹配滤波器。 线性调频脉冲信号的匹配滤波器的频谱特性为输入线性调频脉冲信号频 谱的共轭。即
h（t）=sr（t0-t）。
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理

3.2时域处理
将线性调频脉冲信号与匹配滤波函数进行卷积，卷 积后的信号包络为sin（x）/x形式，是一个典型的sinc 函数形式。通过匹配滤波器卷积后，宽脉冲就被压缩 为一个sinc函数形式信号。
sr（t）
匹配滤 波器 h（t）
1000
1200
2000 1000 0 -1000 -2000
0
200
400
600 脉 压 后 的 功 率 谱
800
1000
1200
120 100 80 60 40 20 0 200 400 600 800 1000 1200
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5. VerilogHDL实现FPGA数字脉压仿真
6. 固化到FPGA板中进行实时运行并测试脉压结果
6.1实验准备 6.2 测试及数据分析
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
7. 结束语
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y0 （ t ） = h （ t ） * s r （ t ）
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理

将sr（t）= rect（t/T）×exp（Jπ kt2），h（t）=sr（t0-t）带入 y0（t）= h（t）* sr（t）整理得：


y0（t） =T sinc(π Bt)rect( t/2T)
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
5.4 IFFT运算
IFFT运算的处理单元和FFT的处理单元采用相同的结构来实现。 直接调用FFT程序实现IFFT的计算公式如下：
1 N 1 kn x(n) IDFT[ X (k )] X (k )WN N k 0 1 N 1 * 1 * kn x (n) X (k )WN DFT[ X * (k )] N k 0 N
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雷达线性调频脉冲信号的数字脉压 处理
4 线性调频脉冲信号脉压的Matlab仿真 4.2 s(t)、h（t）离散表示及仿真
S(t)= S(t)= rect(t/T)exp(j2π K t2)，t=-T/2~T/2

h（t）=sr（-t）离散化为 其中，K=B/T ，为采用时间间隔，…….. 采样频率：100MHz。