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超高速数据采集与实时处理系统的设计与实现

作　者: 陈长林
导　师: 付耀文
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 线性调频 超高速采集 频域脉冲压缩 恒虚警检测 FPGA SoC
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 106次
引　用: 3次
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内容摘要


线性调频信号是现代高分辨率雷达系统中使用最多的一种大时宽带宽积信号,其回波通常采用Stretch处理后再进行其他实时处理。相比而言,对回波直接中频采样并进行脉冲压缩等实时处理具有更大的动态空间观测范围以及更加灵活的实现方式。本文根据线性调频信号回波在雷达系统中的处理要求,设计并实现了一种中频直接超高速采集并实时处理的系统。该系统通过使用AD08D1500双通道ADC芯片实现最高3Gbps 8-bit精度的超高速采样,实际采样有效位数在6位以上。采样数据在DDR2 SDRAM内进行缓存。本文还对通过多通道时间交叉并行采样实现超高速数据采集时由于通道失配引入的偏置误差、增益误差、时间相位误差的估计算法与纠正方法进行了分析,为采样系统的扩展提供了基础。采样数据在FPGA上实时进行脉冲压缩与目标恒虚警检测处理。脉冲压缩在频域进行,其中FFT与IFFT运算通过使用FFT IP核实现,最高运行点数为65536点,频域相乘运算通过硬件乘法器实现。提出了具有更高处理速度的频域脉冲压缩实现方案,可将整个脉冲压缩处理时间比本系统采用方案减少70%以上。目标恒虚警检测截取脉压输出数据中有效数据,丢弃无效数据以减轻后续处理压力。提出了ML-CFAR、OS-CFAR、双门限检测法以及单脉冲径向积累算法硬件实现方案。采样数据或实时处理后的数据可通过PCI Express接口上传至上位机或通过光纤接口传输至其他工作站进行进一步处理。系统各项参数可通过上位机程序中人机交互界面根据实际工作环境进行设置,并通过PCI Express接口传输至FPGA。整个系统控制逻辑与数据处理运算在一片FPGA内部进行,以SoC的思想进行设计,便于对系统功能进行调整与升级,增强了系统灵活性。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 本课题主要工作  14-16
第二章 超高速采集与实时处理系统结构  16-37
  2.1 引言  16
  2.2 采样与实时信号处理需求分析  16-20
    2.2.1 功能要求分析  16-17
    2.2.2 速度性能分析及器件选择  17-20
  2.3 系统结构设计  20-23
    2.3.1 电路功能模块组成  20
    2.3.2 FPGA片上系统设计  20-22
    2.3.3 上位机程序设计  22-23
  2.4 系统硬件电路实现  23-36
    2.4.1 电源模块  23-24
    2.4.2 FPGA配置模块  24-26
    2.4.3 DDR2 SDRAM模块  26-28
    2.4.4 PCI Express及Aurora协议接口模块  28-32
    2.4.5 PCB设计  32-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 时间交叉多通道采样实现超高速采集  37-52
  3.1 引言  37
  3.2 带通采样  37-39
  3.3 时间交叉多通道采样  39-44
    3.3.1 时间交叉多通道并行采样  40
    3.3.2 通道失配误差估计与纠正  40-44
  3.4 超高速采集的控制逻辑实现  44-48
    3.4.1 采样时钟控制  44-46
    3.4.2 ADC芯片控制  46-47
    3.4.3 采样数据缓存  47-48
  3.5 ADC性能测试  48-50
  3.6 本章小结  50-52
第四章 实时信号处理的FPGA实现  52-67
  4.1 引言  52
  4.2 频域脉冲压缩硬件实现  52-57
    4.2.1 FFT与IFFT实现  52-56
    4.2.2 频域相乘  56-57
  4.3 频域脉冲压缩性能分析  57-60
    4.3.1 处理速度  57-58
    4.3.2 可处理采样点数  58-59
    4.3.3 FFT运算数据位宽  59-60
  4.4 几种参量型恒虚警目标检测算法实现方案  60-66
    4.4.1 窄带雷达系统恒虚警检测  60-64
    4.4.2 宽带雷达系统恒虚警检测  64-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章 结束语  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
作者在学期间取得的学术成果  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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