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基于FPGA的通用信号处理模块的设计与实现

作　者: 杨建
导　师: 林明
学　校: 江苏科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 通用信号处理模块雷达信号处理 FPGA 脉冲压缩
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,以FPGA为代表的可编程逻辑器件取得了快速的发展,FPGA不仅解决了雷达信号处理机小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且基于FPGA为核心的信号处理模块以其灵活的设计方式使其越来越多地取代ASIC的市场地位。FPGA是一种半定制的集成电路,设计者可以完全控制设计的实现过程,不需要任何实际的集成电路制造设备。尽管以DSP作为处理核心的雷达信号处理机已经得到广泛应用,但它的缺点是实时性不好,FPGA可以较好地解决这一问题。并且现在FPGA发展迅速,多数已经集成DSP处理模块。因此,FPGA作为通用信号处理模块的核心具有很强的可操作性。基于雷达信号处理的要求,作者设计和完成了一个基于FPGA为核心的通用信号处理模块。该模块以一片大容量的FPGA作为信号处理的核心,使用SDRAM和FLASH进行外部数据存储,单片机作为FPGA和计算机的中介桥梁,通过串口在计算机上对模块进行非实时调试和监控。为了完成本课题,本文在以下几个方面进行研究:首先对雷达信号处理的特点进行了详细的分析,得出脉冲压缩、MTI/MTD和CFAR的特点、处理方式以及工程实现方法,同时对各种方法的优缺点进行了比较。其次根据雷达信号处理的特点,通过仿真进行FPGA和其它的芯片选型,在Altium Designer 6.9软件下完成原理图和PCB的制作,并在QuartusII 9.0下完成FLASH和SDRAM的软件接口设计。最后介绍了分布式算法,并以分布式算法为基础,详细阐述了脉冲压缩的编程以及在通用信号处理模块上实现的过程。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第1章绪论  7-13
  1.1 雷达信号处理技术的发展概况  7-8
  1.2 雷达信号处理的发展趋势  8-9
    1.2.1 雷达信号处理机的发展趋势  8
    1.2.2 雷达信号处理功能的进一步得到拓展  8-9
    1.2.3 可重构、可拓展的雷达信号处理机将得到迅速发展  9
  1.3 可编程逻辑器件的简介  9-12
    1.3.1 PAL/GAL  9-10
    1.3.2 CPLD/FPGA  10
    1.3.3 可编程逻辑器件的设计流程  10-11
    1.3.4 FPGA 在雷达信号处理中的应用  11-12
  1.4 本文的主要工作  12-13
第2章雷达信号处理特点介绍  13-30
  2.1 脉冲压缩的原理及特点  13-19
    2.1.1 脉冲压缩简介  13
    2.1.2 脉冲压缩原理  13-15
    2.1.3 脉冲压缩工程实现方法  15-17
    2.1.4 脉冲压缩的加权处理  17-19
  2.2 雷达杂波抑制原理及特点（MTI/MTD）  19-25
    2.2.1 动目标显示（MTI）  19-22
    2.2.2 动目标检测（MTD）  22-25
  2.3 恒虚警（CFAR）原理及特点  25-29
    2.3.1 恒虚警介绍  25
    2.3.2 恒虚警检测原理  25-26
    2.3.3 杂波恒虚警的实现方法  26-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章通用信号处理模块的系统设计和芯片选型  30-40
  3.1 通用信号处理模块的系统设计  30-35
    3.1.1 通用信号处理模块的设计思想来源  30-31
    3.1.2 以FPGA 为核心的设计构想  31-32
    3.1.3 FPGA 芯片的选择  32-33
    3.1.4 通用信号处理模块框图介绍  33-35
  3.2 通用信号处理模块芯片选型  35-39
    3.2.1 存储器的选择  35-36
    3.2.2 A/D 和D/A 的选择  36
    3.2.3 单片机的选择  36-37
    3.2.4 电源的选择  37-39
    3.2.5 模块其它芯片选择  39
  3.3 本章小结  39-40
第4章通用信号处理模块的软硬件设计  40-67
  4.1 系统硬件设计  40-53
    4.1.1 FPGA 的硬件设计  40-43
    4.1.2 存储电路设计  43-45
    4.1.3 A/D 和D/A 转换电路设计  45-47
    4.1.4 单片机电路设计  47-48
    4.1.5 其它接口电路设计  48-53
  4.2 系统软件设计  53-63
    4.2.1 FLASH 的读写控制程序设计  53-57
    4.2.2 SDRAM 的读写控制程序设计  57-63
  4.3 通用信号处理模块PCB 的制作  63-66
    4.3.1 PCB 板层的选择  63-64
    4.3.2 PCB 布局考虑  64-66
    4.3.3 PCB 布线考虑  66
  4.4 本章小结  66-67
第5章通用信号处理模块功能实现实例  67-85
  5.1 分布式算法  67-71
    5.1.1 分布式算法原理  67-69
    5.1.2 分割查找表的分布式算法  69-70
    5.1.3 分布式算法分类  70-71
  5.2 基于FPGA 的FIR 滤波器的实现  71-79
    5.2.1 4 阶FIR 滤波器的设计  71-78
    5.2.2 8 阶 FIR 和高阶 FIR 滤波器的设计  78-79
  5.3 64 阶脉冲压缩滤波器的设计实例  79-84
    5.3.1 匹配滤波器介绍  79-80
    5.3.2 64 阶数字脉冲压缩滤波器的实现方法  80-84
  5.4 本章小结  84-85
结束语  85-86
参考文献  86-88
致谢  88-89
详细摘要  89-93

基于FPGA的通用信号处理模块的设计与实现

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