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毫米波雷达回波模拟及中频数字化接收机FPGA设计

作　者: 权莲姬
导　师: 董英凝
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 调频步进模拟信号源中频数字化多相滤波 FPGA
分类号: TN957.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本课题以毫米波雷达为背景进行目标回波模拟以及中频数字化接收机实现。主要研究线性调频脉冲信号和调频步进两种雷达体制下目标回波模型，分析这两种信号处理方法，得出调频步进信号一维距离像有距离走动和扩散现象，并用模拟信号源验证其回波波形及频谱，随后，基于毫米波雷达数字中频接收理论，采用多相滤波法解决毫米波雷达传统接收技术存在的运算量大，I/Q通道正交性能差的问题。本课题主要工作概括如下：(1)针对毫米波目标回波模型，分析线性调频脉冲串信号和调频步进信号的回波模型，并设计系统波形参数。重点分析调频步进信号一维距离像，由于受调频因子和步进频因子影响，对于运动目标一维距离像产生波峰走动，波形展宽等现象。最后通过仿真验证运动对线性调频脉冲串信号和调频步进信号一维像产生的影响。(2)在原有模拟信号源条件下，扩充雷达体制，针对线性调频脉冲串信号和调频步进信号这两种不同体制信号进行回波模拟，并进行了实验验证。(3)针对传统正交接收技术具有运算量大，I/Q通道正交性能差的问题，应用数字正交接收理论，设计了基于多相滤波法的中频数字正交化通道，解决了滤波器阶数过高的问题。通过分析多相滤波法，得出信号经过奇偶抽取符号变换之后采样率降为原来的一半，I/Q两路信号在时域上相差半个个周期，并从仿真得出基于多相滤波法的数字正交化的正交性能良好。（4）基于FPGA数字正交双通道处理的算法流程，设计出本文中频数字化接收机的设计模块，针对奇偶抽取符号变换之后I/Q两通道时间上的错位使I/Q两路没有正交的问题，通过设计一个状态机使两路保持一致，并用延时全通滤波器使两路信号达到正交的目的，最后低通滤波模块抑制系统中信号干扰。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外现状  9-11
    1.2.1 毫米波雷达国内外发展状况  9-10
    1.2.2 模拟信号源的国内外发展状况  10
    1.2.3 数字化接收机的国内外发展状况  10-11
  1.3 课题的主要研究内容  11-13
第2章毫米波雷达目标回波模型建立  13-27
  2.1 引言  13
  2.2 不同模式下发射信号  13-15
    2.2.1 线性调频脉冲串信号  13-14
    2.2.2 调频步进信号  14-15
  2.3 波形参数设计  15-16
    2.3.1 线性调频脉冲串信号参数设计  15
    2.3.2 调频步进信号参数设计  15-16
  2.4 目标回波模型建立  16-26
    2.4.1 线性调频脉冲信号回波模型建立及其信号处理算法  16-20
    2.4.2 调频步进信号信号回波模型建立及其信号处理算法  20-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章基于模拟信号源的目标回波模拟  27-36
  3.1 引言  27
  3.2 模拟信号源介绍  27-29
    3.2.1 模拟信号源组成  27-28
    3.2.2 操作界面与使用方法  28-29
  3.3 软件设计  29-30
    3.3.1 主要技术指标  29-30
    3.3.2 软件实现  30
  3.4 指标测试与分析  30-35
    3.4.1 测试设备与测试方法  30-32
    3.4.2 测试结果与分析  32-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章中频数字化接收机设计相关技术  36-47
  4.1 引言  36
  4.2 带通信号采样定理  36-37
  4.3 数字化正交接收机技术  37-42
    4.3.1 中频数字接收机  37-39
    4.3.2 多相滤波法  39-41
    4.3.3 内插延时滤波器  41-42
  4.4 基于 FPGA 滤波器算法  42-44
    4.4.1 直接乘累加法  42-43
    4.4.2 分布式算法  43-44
  4.5 基于多相滤波法的中频正交性能分析  44-45
  4.6 本章小结  45-47
第5章毫米波雷达中频数字化接收机 FPGA 实现  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 FPGA 概述与 Virtax-5 简介  47-48
    5.2.1 FPGA 概述  47-48
    5.2.2 Virtex-5 简介  48
  5.3 数字正交双通道处理的算法流程  48-49
  5.4 数字正交双通道处理采样系统  49-52
    5.4.1 时钟模块  49-50
    5.4.2 A/D 采样模块和奇偶抽取符号变换模块  50-52
  5.5 数字正交双通道处理滤波系统  52-56
    5.5.1 基于分布式算法的延时滤波器模块  52-54
    5.5.2 基于分布式算法的低通滤波器模块  54-56
  5.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-64
致谢  64

毫米波雷达回波模拟及中频数字化接收机FPGA设计

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