准连续波雷达相关技术研究及实现
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摘要
准连续波雷达把连续波雷达技术和脉冲多普勒雷达技术结合起来,使雷达信号既像连续波雷达信号一样,具有大时宽带宽积,又采用脉冲雷达发射、接收分时工作的方式,克服连续波雷达收发隔离的困难从而彻底解决了连续波雷达发射信号的泄漏问题。
文中分析了编码二相调制准连续波雷达工作原理,参数特性,研究了MAC序列的产生,对MAC序列的自相关和互相关特性、限幅脉压和全幅脉压下的测距性能及抗遮挡效应进行了仿真比较。在分析最大熵算法的基础上,对Burg外推算法作进一步研究,对理想信号及一定信噪比条件下,已知不同序列长度时Burg算法的外推性能进行了仿真比较。给出了编码二相调制准连续波雷达信号处理机的硬件设计框图,并对A/D转换模块、FPGA模块、双口RAM模块及电源和时钟模块进行了电路设计。对基于FPGA的数字相关器实现进行了深入研究,分析了量化比特、采样速率对匹配滤波器的性能影响,给出了直接型、转置型和折叠转置型匹配滤波器的结构,完成了上述匹配滤波器的FPGA编程设计,并应用Chipscope在线逻辑分析仪在硬件平台上进行了实验验证。此外还实现了FIR数字滤波器的FPGA编程并通过了实验验证。
Quasi-continuous wave (QCW) radar combines the technology of continuous wave radar and pulse doppler radar, so that the radar signal has the large time-bandwidth product, just like the continuous wave radar, at the same time, the transmission and reception are isolated , just like the pulse doppler radar. So the quasi-continuous wave radar can overcome problems of the signal leakage which CW radar can hardly solve.
The principles of binary phase modulation QCW radar are analyzed , via simulation, the properties of self-correlation and inter-correlation ,the performance of measure distance with the method of two kinds of pulse compression and the ability of anti-shelter effect are studied emphatically, on the base of the Maximum of Entropy Method, the Burg algorithm is further studied, under the conditions of ideal signal and certain signal-to-noise ratio, when the known bits of sequence is different, the performance of Burg algorithm is compared via simulation. The hardware frame of QCW radar signal processor is offered . the circuit of ADC module , FPGA module , dual-port RAM module and power and clock module is presented . the digital correlation device based on FPGA is studied and ,the effect of quantization bits and the rate of sample on the performance of digital matched filter(DMF) is analyzed , the structures of DMF are offered, such as direct structure , transposed structure and folded structure. The DMF and FIR filter based on FPGA is implemented, and the design has stable performance by testing.
文中分析了编码二相调制准连续波雷达工作原理,参数特性,研究了MAC序列的产生,对MAC序列的自相关和互相关特性、限幅脉压和全幅脉压下的测距性能及抗遮挡效应进行了仿真比较。在分析最大熵算法的基础上,对Burg外推算法作进一步研究,对理想信号及一定信噪比条件下,已知不同序列长度时Burg算法的外推性能进行了仿真比较。给出了编码二相调制准连续波雷达信号处理机的硬件设计框图,并对A/D转换模块、FPGA模块、双口RAM模块及电源和时钟模块进行了电路设计。对基于FPGA的数字相关器实现进行了深入研究,分析了量化比特、采样速率对匹配滤波器的性能影响,给出了直接型、转置型和折叠转置型匹配滤波器的结构,完成了上述匹配滤波器的FPGA编程设计,并应用Chipscope在线逻辑分析仪在硬件平台上进行了实验验证。此外还实现了FIR数字滤波器的FPGA编程并通过了实验验证。
Quasi-continuous wave (QCW) radar combines the technology of continuous wave radar and pulse doppler radar, so that the radar signal has the large time-bandwidth product, just like the continuous wave radar, at the same time, the transmission and reception are isolated , just like the pulse doppler radar. So the quasi-continuous wave radar can overcome problems of the signal leakage which CW radar can hardly solve.
The principles of binary phase modulation QCW radar are analyzed , via simulation, the properties of self-correlation and inter-correlation ,the performance of measure distance with the method of two kinds of pulse compression and the ability of anti-shelter effect are studied emphatically, on the base of the Maximum of Entropy Method, the Burg algorithm is further studied, under the conditions of ideal signal and certain signal-to-noise ratio, when the known bits of sequence is different, the performance of Burg algorithm is compared via simulation. The hardware frame of QCW radar signal processor is offered . the circuit of ADC module , FPGA module , dual-port RAM module and power and clock module is presented . the digital correlation device based on FPGA is studied and ,the effect of quantization bits and the rate of sample on the performance of digital matched filter(DMF) is analyzed , the structures of DMF are offered, such as direct structure , transposed structure and folded structure. The DMF and FIR filter based on FPGA is implemented, and the design has stable performance by testing.
引文
[1]顾红,李玺.解决连续波雷达泄漏的一种新途径—周期方波断续法.电子学报.1998(12):7-11
[2]袁嗣杰,陈谷仓,李贵新.准连续波雷达数字信号处理系统.装备指挥技术学院学报.2003(1):67-69
[3]吴光龙,朱守正,黄乐.FMICW高频地波海况监测雷达海洋回波信号仿真模拟检验系统.电子信息学报.2002(5):591-594
[4]徐永元.准连续波雷达在炮兵中的应用.火控雷达技术.1995(12):20-25
[5]高梅国,田黎育.长二相码准连续波雷达信号脉压及多目标影响.系统工程与电子技术.2004(2):163-186
[6]张登银,王汝传,王绍棣.MAC序列码雷达信号设计.电子与信息学报.2003(12):1634-1638
[7]何国胤,袁嗣杰.一种特殊二元序列在间断连续波雷达中的应用.指挥技术学院学报.2001(3):46-49
[8]武胜利.二次剩余及其相关问题.宝鸡文理学院学报.1997(3):17-21
[9]顾红,刘国岁.随即二相码连续波雷达的研究.电子学报.1995(12):72-75
[10]吴乃龙,袁素云.最大熵方法.第1版.湖南科学技术出版社.1991
[11]张贤达.现代信号处理.第1版.清华大学出版社.1995
[12]高彬,叶志铨.准连续波体制雷达最大熵方法的算法选择.雷达与对抗.2003(1):13-53
[13]杨位钦,顾岚.时间序列分析与动态数据建模.第1版.北京工业学院出版社.1986
[14]袁嗣杰,陈谷仓,李贵新.准连续波雷达数字信号处理系统.装备指挥技术学院学报.
[15]2003(1):67-69任晓东,文博.CPLD/FPGA高级应用开发指南.第1版.电子工业出版社.2003
[16]王诚,薛小刚,钟信潮.FPGA/CPLD设计工具Xilinx ISE详解.第1版.人民邮电出版社.2005
[17]王光,田斌.直接序列扩频通信中m序列的同步方案及其FPGA实现.电子科技.2006(3):25-29
[18]杨奎,武魏博.扩频通信中匹配滤波器的FPGA设计.微计算机信息.2005(3):117-118
[19]郭南,洪福明,李乐民.软限幅效应、量化阶数及取样间隔对直扩数字匹配滤波性能的影响.通信学报.1996 17(1):12-17
[20]郭南,洪福明.直接序列扩频数字匹配滤波器.电子科技大学学报.25(5):455-459
[21]庄燕滨,宋依青,徐煜明.利用数字相关技术实现DS信号快捕.工矿自动化.2006(2):22-24
[22]徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用.第1版.北京电子工业出版社.2002
[23]杨冬,徐伯庆.基于Verilog HDL的CDMA并行匹配滤波器设计.计算机工程与设计.2005(9):2448-2450
[24]卿敏,沈业兵,安建平.用FPGA实现数字匹配滤波器的优化方法.微计算机信息.2004(11):118-119
[25]张驰,郭黎利.基于Matlab的FIR滤波器设计及FPGA实现.应用科技.2006(6):83-86
[26]董绍平,陈世耕,王洋.数字信号处理基础第2版 哈尔滨工业大学出版社 2004
[27]汪安民,陈明欣,朱明.TMS320C54xx DSP实用技术.第2版.清华大学出版社.2007
[28]张亚妮.基于MATLAB的数字滤波器设计.辽宁工程技术大学学报.2005(5):716-718
[29]J.Bhasker.Verilog HDL硬件描述语言.第2版.机械工业出版社.2000
[30]清源科技.TMS320C54x DSP应用程序设计教程.第1版.机械工业出版社.2004
[31]Rulph Chassaing.DSP Applications Using C and the TMS320C6X DSK.First Edition Publishing house of Elctronics Industry.2005
[32]袁伟明.一种新的准连续波雷达波形设计方法研究.现代雷达.2007(9):16-19
[33]杨立扬,王汝传,张登银,孙开翠.基于MAC序列的间断连续波雷达信号的研究.电子学报.2004(6):994-996
[34]曾涛,龙腾,王洪波.一种准连续波雷达中频采样的新方法.现代雷达.1999(2):94-98
[35]王千喜,贾鑫.一种最大熵算法的硬件实现.指挥技术学院学报.1998(3):107-111
[35]王宗全,程建丽.应用于中频信号处理的最大熵外推算法.雷达技术.2004(3):30-33
[36]张可.准连续波雷达信号分析.雷达技术.2003(4):1-4
[37]郑晋军,备学敏,张丽艳.最大熵方法在准连续波体制中的实现.电子科学学刊.1998(4):458-463
[38]李东生,张勇,晁冰.Protel DXP电路设计教程.第1版.电子工业出版社.2003
[39]刘瑞新.Protel DXP实用教程.第1版.电子工业出版社.2003
[40]杰诚文化.精通Protel DXP-入门提高篇.第1版.中国青年出版社.2005
[41]邹琼,邵定蓉,李署坚.直扩系统折叠匹配滤波器设计.电子测量技术.2006(1):33-76
[42]沈业兵,安建平,王爱华.数字匹配滤波器的递归折叠实现.北京理工大学学报.2006(8):733-736
[43]张勇.C/C++语言硬件程序设计-基于TMS320C5000系列DSP.第1版.西安电子科技大学出版社.2003
[44]杨奎武,张丙杰.DS/CDMA通信中匹配滤波器的FPGA设计.现代电子技术.2005(1):63-65
[45]于燕,焦晖.扩频通信匹配滤波器设计方案研究.学术论坛.2006(8):185-187
[46]庄燕滨,宋依青,徐煜明.利用数字相关技术实现DS信号快捕.工矿自动化.2006(2):24-26
[47]曾涛,龙腾,王洪波.准连续波跟踪雷达信号处理机的设计与实现.北京理工大学学报.1999(5):603-607
[48]张红梅,陈伯孝,陈曙暄.FMICW信号在岸-舰双/多基地地波超视距雷达中的应用.雷达科学与技术.2007(3):175-178
[2]袁嗣杰,陈谷仓,李贵新.准连续波雷达数字信号处理系统.装备指挥技术学院学报.2003(1):67-69
[3]吴光龙,朱守正,黄乐.FMICW高频地波海况监测雷达海洋回波信号仿真模拟检验系统.电子信息学报.2002(5):591-594
[4]徐永元.准连续波雷达在炮兵中的应用.火控雷达技术.1995(12):20-25
[5]高梅国,田黎育.长二相码准连续波雷达信号脉压及多目标影响.系统工程与电子技术.2004(2):163-186
[6]张登银,王汝传,王绍棣.MAC序列码雷达信号设计.电子与信息学报.2003(12):1634-1638
[7]何国胤,袁嗣杰.一种特殊二元序列在间断连续波雷达中的应用.指挥技术学院学报.2001(3):46-49
[8]武胜利.二次剩余及其相关问题.宝鸡文理学院学报.1997(3):17-21
[9]顾红,刘国岁.随即二相码连续波雷达的研究.电子学报.1995(12):72-75
[10]吴乃龙,袁素云.最大熵方法.第1版.湖南科学技术出版社.1991
[11]张贤达.现代信号处理.第1版.清华大学出版社.1995
[12]高彬,叶志铨.准连续波体制雷达最大熵方法的算法选择.雷达与对抗.2003(1):13-53
[13]杨位钦,顾岚.时间序列分析与动态数据建模.第1版.北京工业学院出版社.1986
[14]袁嗣杰,陈谷仓,李贵新.准连续波雷达数字信号处理系统.装备指挥技术学院学报.
[15]2003(1):67-69任晓东,文博.CPLD/FPGA高级应用开发指南.第1版.电子工业出版社.2003
[16]王诚,薛小刚,钟信潮.FPGA/CPLD设计工具Xilinx ISE详解.第1版.人民邮电出版社.2005
[17]王光,田斌.直接序列扩频通信中m序列的同步方案及其FPGA实现.电子科技.2006(3):25-29
[18]杨奎,武魏博.扩频通信中匹配滤波器的FPGA设计.微计算机信息.2005(3):117-118
[19]郭南,洪福明,李乐民.软限幅效应、量化阶数及取样间隔对直扩数字匹配滤波性能的影响.通信学报.1996 17(1):12-17
[20]郭南,洪福明.直接序列扩频数字匹配滤波器.电子科技大学学报.25(5):455-459
[21]庄燕滨,宋依青,徐煜明.利用数字相关技术实现DS信号快捕.工矿自动化.2006(2):22-24
[22]徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用.第1版.北京电子工业出版社.2002
[23]杨冬,徐伯庆.基于Verilog HDL的CDMA并行匹配滤波器设计.计算机工程与设计.2005(9):2448-2450
[24]卿敏,沈业兵,安建平.用FPGA实现数字匹配滤波器的优化方法.微计算机信息.2004(11):118-119
[25]张驰,郭黎利.基于Matlab的FIR滤波器设计及FPGA实现.应用科技.2006(6):83-86
[26]董绍平,陈世耕,王洋.数字信号处理基础第2版 哈尔滨工业大学出版社 2004
[27]汪安民,陈明欣,朱明.TMS320C54xx DSP实用技术.第2版.清华大学出版社.2007
[28]张亚妮.基于MATLAB的数字滤波器设计.辽宁工程技术大学学报.2005(5):716-718
[29]J.Bhasker.Verilog HDL硬件描述语言.第2版.机械工业出版社.2000
[30]清源科技.TMS320C54x DSP应用程序设计教程.第1版.机械工业出版社.2004
[31]Rulph Chassaing.DSP Applications Using C and the TMS320C6X DSK.First Edition Publishing house of Elctronics Industry.2005
[32]袁伟明.一种新的准连续波雷达波形设计方法研究.现代雷达.2007(9):16-19
[33]杨立扬,王汝传,张登银,孙开翠.基于MAC序列的间断连续波雷达信号的研究.电子学报.2004(6):994-996
[34]曾涛,龙腾,王洪波.一种准连续波雷达中频采样的新方法.现代雷达.1999(2):94-98
[35]王千喜,贾鑫.一种最大熵算法的硬件实现.指挥技术学院学报.1998(3):107-111
[35]王宗全,程建丽.应用于中频信号处理的最大熵外推算法.雷达技术.2004(3):30-33
[36]张可.准连续波雷达信号分析.雷达技术.2003(4):1-4
[37]郑晋军,备学敏,张丽艳.最大熵方法在准连续波体制中的实现.电子科学学刊.1998(4):458-463
[38]李东生,张勇,晁冰.Protel DXP电路设计教程.第1版.电子工业出版社.2003
[39]刘瑞新.Protel DXP实用教程.第1版.电子工业出版社.2003
[40]杰诚文化.精通Protel DXP-入门提高篇.第1版.中国青年出版社.2005
[41]邹琼,邵定蓉,李署坚.直扩系统折叠匹配滤波器设计.电子测量技术.2006(1):33-76
[42]沈业兵,安建平,王爱华.数字匹配滤波器的递归折叠实现.北京理工大学学报.2006(8):733-736
[43]张勇.C/C++语言硬件程序设计-基于TMS320C5000系列DSP.第1版.西安电子科技大学出版社.2003
[44]杨奎武,张丙杰.DS/CDMA通信中匹配滤波器的FPGA设计.现代电子技术.2005(1):63-65
[45]于燕,焦晖.扩频通信匹配滤波器设计方案研究.学术论坛.2006(8):185-187
[46]庄燕滨,宋依青,徐煜明.利用数字相关技术实现DS信号快捕.工矿自动化.2006(2):24-26
[47]曾涛,龙腾,王洪波.准连续波跟踪雷达信号处理机的设计与实现.北京理工大学学报.1999(5):603-607
[48]张红梅,陈伯孝,陈曙暄.FMICW信号在岸-舰双/多基地地波超视距雷达中的应用.雷达科学与技术.2007(3):175-178