基于FPGA的高效脉冲压缩技术工程应用研究

脉冲压缩是实现距离向压缩、提高距离分辨率的关键技术。针对现代雷达系统工作模式多、处理数据量大的特点,提出一种基于FPGA处理平台的高效频域脉冲压缩方法。其FFT模块采用复式FFT结构,运算能力比基-4Burst I/O结构提高了一倍;参考函数模块采用实时查表法,根据发射信号基本参数对参考信号进行实时生成。在MATLAB和ISE平台上进行仿真,结果表明该方法能够高效地实现32768点脉冲压缩处理,处理点数多,实时性高,相同处理点数下其处理时间不到TMS320C6678型DSP耗时的一半,且处理结果满足工程应用要求。     

基于FPGA的大时宽带宽积频域脉压设计

介绍了基于ALTERA公司FPGA器件的高速实时FFT运算单元实现及频率域脉冲压缩处理的设计方法.在分析了基8、按频率抽取FFT算法的基础上,采用多级同步流水线结构,利用现场可编程门阵列(FPGA)完成了最大4096点块浮点FFT.整个设计划分成多个功能模块,采用VHDL描述语言,并在Stratix器件上实现.结果表明,利用FPGA实现复杂的数字信号处理(DSP)算法是完全可行的.     

基于FPGA IP核的脉冲压缩算法的实现

线性调频脉冲压缩信号具有作用距离远、抗干扰能力强的特点。为实现线性调频信号的数字脉冲压缩,文章提出了一种基于FPGA IP核的脉冲压缩设计方法。文章着重介绍了如何使用FPGA IP核来实现频域脉冲压缩,同时对使用流水线型或基2结构实现FFT算法的优缺点和适应性做了详细对比。实验结果表明,文章提出的脉冲压缩设计方法性能良好,便于工程实现。且该方法的参数设置灵活,可以简化FPGA软件设计,缩短研发周期。     

单片宽带频谱分析芯片设计

文章介绍了单片宽带实时频谱分析芯片的设计原理和方法，并在FPGA上进行了原型验证。设计中采用了基于多相滤波器组的下变频方案，并对下变频后每一路数据进行重叠加窗处理。为了减小芯片面积，对后端的FFT分析模块进行了优化设计，提出了将两条蝶形运算级合并为一条流水线的新型FFT设计构架。该设计可以不间断地处理数据，从而实现信号的无缝捕获。     

基于FPGA的并行数字脉压设计

在超宽带雷达接收系统中,对超大带宽、高数据率和大数据量的基带信号处理,并不再适合采用传统的基于DSP芯片的低速率串行脉压方式.在数字中频接收系统中基于FPGA实现并行多相滤波数字下变频与并行数字脉压的综合设计,采用并行多相FFT和频率抽取IFFT的算法架构,多个并行基带信号同时进行脉压运算,相比传统串行方式能够大大提高处理效率.将数字脉压由雷达信号处理系统提前到数字中频接收系统实现,并基于FPGA实现并行高效处理,对优化雷达系统的接收及处理架构具有重要意义.     

无人直升机数据采集与处理系统的设计与实现

设计以FPGA处理器为核心的基于PC I总线的无人直升机数据采集与处理系统。在设计中提出了一种基于PC I总线的多路数据采集与处理系统的总体方案。该系统可对无人直升机实验室中模拟信号、脉冲信号、开关信号进行采集和对桨距的控制脉冲信号进行输出,能够对各类信号分别进行处理与分析,实验测试表明,系统能够完成无人直升机实验室数据采集与处理的任务。     

基于多DSP的机载SAR距离徙动校正实现方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)数据量大、运算复杂、实时性能要求高等问题，提出了一种基于多片多核DSP并行的方式实现机载SAR距离徙动校正的方法。重点介绍实现过程中的片间及片内并行和同步处理、数据交互、数据分配，距离徙动校正的距离向脉冲压缩和惯导补偿，以及多普勒中心估计实现的具体步骤，利用点仿真和实测数据验证了该方法的有效性，并提出优化模块，进一步提高运算的实时性。     

一种基于COTS的SAR分布式目标模拟方法

针对目前合成孔径雷达(SAR)目标模拟器通常只能模拟点目标，且通用化程度和实时性较低的问题，提出了一种基于商用现成品或技术(COTS)的SAR分布式目标模拟方法。利用NI PXI平台构建了一个基于电磁仿真的SAR分布式目标模拟器，由电磁仿真软件模拟获取目标散射特性，并通过高速网口输入硬件设备进行采样及卷积操作得到仿真SAR回波数字信号，经数模转换模块完成对SAR数字信号的调制并输出模拟回波，可以直接用于SAR系统的数据验证。模拟器采用数字式一体化硬件设备，由NI PXIe-5646R和PXIe-5840进行信号的接收和发送，PXIe-7902作为系统核心进行高速实时数据运算。系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心，通过LabVIEW RT (Real Time)和FPGA模块直接进行访问，能实时、高速地采集和处理数据。经过测试，该目标模拟器可以生成分布式目标的射频回波信号，环路验证结果证明了本文提出方法的有效性。另外，本文提出的方法适用于多种雷达信号的模拟，通过设置不同的信号体制或接收外部信号输入，可以实现灵活的SAR目标模拟。     

双模GNSS接收机中可重构FFT处理器设计

在双模GNSS接收机中,GPS和BD2卫星的PN码长度不同,造成接收机中的捕获通道不能通用。提出一种可重构的FFT实现方法,利用1024点FFT以及可复用的基2/基4处理单元组成可重构FFT,实现2048点FFT或4096点FFT,使得接收机能够利用同一个FFT模块捕获GPS信号或BD信号,从而节省了接收机的硬件资源。同时可通过复用FFT的方法共用捕获通道,为提高捕获速度和精度提供硬件基础。     

星载合成孔径雷达的数字成像处理

对星载合成孔径雷达的数字成像处理过程进行了详细的阐述，其中包括点目标回波信号的分析，距离压缩，距离徙动校正，方位压缩，多普勒参数估计，参考函数的形成和更新，多视处理等内容。还介绍了数字成像处理的实现方法     

基于离散方波变换的脉冲星微弱信号周期性检测

为满足X射线脉冲星深空导航系统对脉冲星微弱信号周期性检测的要求,提出了一种基于离散方波变换(DSWT)的周期信号检测算法,并给出了其硬件实现方法.首先,通过对比DSWI和FFI变换核的相似性,证明了DSWT算法进行周期性检测的可行性,同时,研究了DSWT对白噪声的抑制作用;其次,DSWT的变换核仅取+1或-1,更适合硬件电路实现,给出了该算法的FPGA实现方法;最后,采用以Xilinx Spartan-3系列FPGA芯片XC3S2000为核心的开发板组成实验仿真系统,分别对实测和仿真脉冲星数据进行实验.结果表明:1.该算法可检测信噪比低于FFT算法;2.在信号输入完毕后3个时钟周期内即可得出计算结果,耗时比FFT算法少三个数量级;3.实现该算法所需的硬件资源少于FFT算法.     

基于DSP和FPGA的静电悬浮加速度计控制器设计

针对静电悬浮加速度计高稳定悬浮控制和极微小加速度信号处理需求，设计了一种基于数字信号处理（digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA)的加速度计控制器。该控制器采用DSP作为主控芯片，FPGA为辅助控制芯片。基于加速度计的工作特性，设计了一种加速度计工作模式切换控制策略，可根据加速度计当前工作状态，自动或者手动切换工作模式。基于加速度计的工作原理和测量需求，设计开发了基于FPGA的比例、积分、微分(proportional integral derivative,PID)控制算法和有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波算法。为验证该控制器的控制性能，开展了地面高压悬浮实验。结果表明，该控制器及控制算法可以快速准确地实现加速度计稳定悬浮控制和模式切换，并且可以实现软件在轨重构和控制参数在轨更新，为后续重力场探测、空间引力波探测以及自主导航等提供了工程参考依据。     

基于相位扰动的抗有源加性复合干扰技术

针对有源加性复合干扰,研究了基于相位扰动原理的干扰抑制方法。在结合LFM信号特征的基础上,对雷达发射信号的前后脉冲分别附加近似正交的扰动相位,再通过与前一脉冲重复周期相应的匹配滤波器将复合干扰中的欺骗干扰成分加强,并对脉冲压缩结果加以"惩罚",最后采用匹配滤波逆运算恢复出目标回波信号。     

一种高动态环境下PCM-FM的低信噪比检测方法

针对PCM-FM遥测信号的特点,提出一种基于快速傅里叶变换的自相关检测方法。首先利用自相关处理,消除多普勒频率变化对检测性能的影响,可适应目标高动态变化环境。然后通过对自相关输出进行快速傅里叶变换,提高在低信噪比情况下的检测性能。仿真结果表明所提方法在高动态、低信噪比条件下能够高概率检测到PCM-FM信号。     

基于单脉冲跟踪体制的V频段宽带角跟踪 接收机设计与验证

随着高通量通信卫星系统对星间数据传输速率需求的不断提高,星间链路的工作频段将由Ka频段逐渐向频率资源更加丰富的毫米波频段发展。为了满足星间链路对毫米波频段自动角跟踪系统的发展应用需求,给出了一种基于单通道单脉冲角跟踪技术的V频段宽带角跟踪接收机的设计方案。采用LTCC和MCM技术实现了V频段接收组件的集成一体化设计;采用基于IQ正交混频的跟踪调制器结合数字相位补偿的单通道单脉冲角误差信号处理技术完成了宽带输入信号的角误差信号解调。在产品研制基础上,搭建了V频段角跟踪接收机测试系统,测试结果表明该V频段宽带角跟踪接收机可以完成对-95dBm~-55dBm输入信号电平范围内多种宽带数据传输信号的角误差信号解调,角误差信号抖动优于±250mV;表征输入信号电平强弱的AGC遥测电压随输入信号电平的增大而单调递增,各项指标满足V频段星间链路建链需求,为我国后续将要发展的毫米波星间链路系统奠定了扎实的技术基础。     

遥测数据压缩算法的设计与实现

介绍遥测数据在数据存贮过程中的特点 ,分析对遥测数据进行压缩的必要性 ,特别地还分析了数字信号处理方法在遥测数据压缩中的应用。设计了自适应的遥测数据压缩算法。系统中使用多种压缩算法 ,包括预测编码、Huffman编码、游程编码、1- 9编码等 ,通过使用快速傅里叶变换、离散余弦变换、小波理论 ,将遥测数据信号转换到频域 ,再通过一般压缩算法进行压缩 ,在符合数据处理精度要求的前提下 ,引进有损压缩算法 ,达到最高压缩比。实践证明 ,使用多种压缩算法相结合 ,能使数据压缩率提高十多倍 ,远远高于压缩软件的压缩比。     

GPS信号FFT捕获算法的有限字长效应分析

字长选择对于FFT捕获算法硬件实现时系统性能和资源消耗等有着点接影响。为分析有限宁艮效廊，本文提出了一种新的基于理论统计模型的分析方法，以替代繁琐耗时的样本统计过程。住根据GPS信号特点设定的简化条件下，由量化误差模型详细讨论算法结构各部分对GPS信号载噪比的影响，得出了在各种应用要求下的字长选择方案。硬件仿真实验表明了本方法估计字长效应的正确性，可以应用于工程分析。     

一种基于多相滤波器的信道化数字检波方法

提出了一种基于多相滤波器的信道化数字检波方法,该方法可以满足雷达脉冲检波的实时性和大带宽的要求,抽取运算在滤波之前,运算量小,结构高效,易于在可编程大规模集成电路上实现.     

DVB-T/H调制器中多模式OFDM的FPGA设计与实现

阐述2K、4K和8K三种模式兼容的正交频分复用(OFDM)的实现方法,给出综合与仿真验证结果。核心模块快速傅立叶逆变换(IFFT)采用基于16位定点运算的基-2时间抽取算法和流水线结构。为防止定点溢出,提高精度,采取位扩展、输出数据统计定标等措施,在三种工作模式下,IFFT的输出信噪比均达到74dB。在OFDM实现过程中提出一种新算法,将频谱调整转移到IFFT中处理,减少延时,节省存储资源约109Kbit。提出多级CORDIC运算结构,在每级单元中实现一定次数的迭代,以满足更小硬件开销的FFT/IFFT需要。上述新算法和运算结构已成功应用于实际系统中。     

基于FPGA的S模式询问信号的侦收解码

S模式询问信号包括前同步脉冲和有效数据两个部分,且通过PAM和DPSK调制方式发送出去。针对其信号特点,从时域和频域考虑,给出两种解码方法,并对其计算机仿真结果进行了对比,得出互谱分析法抗干扰能力优于基于DFT解调法的结论。在ISE开发软件环境下,采用硬件编程语言VHDL,实现了基于FPGA的互谱分析解码设计。