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相位编码信号脉压技术的研究与实现

作　者: 魏广雷
导　师: 芮义斌
学　校: 南京理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 脉冲压缩 相位编码信号 旁瓣抑制滤波器 凸优化 LMS算法 窗函数加权 联合设计 FPGA实现
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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引　用: 1次
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内容摘要


脉冲压缩技术广泛应用于现代雷达当中,在保证雷达足够作用距离的同时它还可以通过相应的脉冲压缩方法获得窄脉冲,提高距离分辨力。脉冲压缩技术更适用于大时宽带宽积(TB)的雷达信号,常用的有线性调频信号、非线性调频信号、频率编码信号与相位编码信号。相位编码中的二相编码信号具有近似于图钉状的模糊图,而多相编码信号则具有较强的多普勒容忍性,随着数字信号处理技术的发展,相位编码信号越来越多地应用到脉冲压缩技术当中。但自相关处理产生的距离旁瓣会造成漏警、虚警等问题。所以,为了将相位编码信号更好地应用到脉冲压缩系统当中就必须进行旁瓣抑制。本文主要研究了相位编码信号的一些固有特性,仿真分析了脉冲压缩及旁瓣抑制技术,并结合工程应用,给出了脉冲压缩系统的硬件实现。首先从“点目标”回波模型与模糊函数理论出发,分析了相位编码信号的特点；并分别研究了Barker码、m序列、MAC序列等二相编码与Frank、P1、P3、P4等典型多相编码。接着根据二相编码信号与多相编码信号的不同应用场合,深入研究了针对二相编码与多相编码的旁瓣抑制方法,并对各种旁瓣抑制方法的性能进行了全面地分析与比较；针对超大TB值的相位编码信号,提出了一种基于变步长LMS自适应准则的旁瓣抑制方法,通过仿真分析,验证了该方法在获得良好旁瓣抑制性能的同时还具有较小的计算量、稳定的收敛性与较快的收敛速度。最后,根据实际的应用需求,在FPGA硬件平台上采用频域实现方式完成了数字频域脉冲压缩系统的设计与实现,并通过Modelsim仿真与FPGA硬件平台的测试验证了系统的正确性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 国内外研究动态  8-10
  1.3 论文主要工作及内容安排  10-11
2 相位编码信号特性研究  11-29
  2.1 "点目标"回波数学模型  11-12
  2.2 模糊函数及模糊图  12-14
    2.2.1 模糊函数的定义  12-14
    2.2.2 模糊图及模糊函数等高图  14
  2.3 相位编码信号概述  14-16
  2.4 相位编码信号的模糊函数  16-17
  2.5 二相编码信号分析  17-22
    2.5.1 巴克码  17-18
    2.5.2 m序列  18-19
    2.5.3 MAC序列  19-22
  2.6 多相编码信号分析  22-28
    2.6.1 基于步进制线性调频信号产生的多相码  22-24
    2.6.2 基于线性调频信号产生的多相码  24-28
  2.7 本章小结  28-29
3 相位编码信号的旁瓣抑制方法  29-47
  3.1 旁瓣抑制方法性能指标  29
  3.2 二相编码的旁瓣抑制方法  29-38
    3.2.1 二相编码信号的失配滤波  30-31
    3.2.2 基于凸优化的旁瓣抑制方法  31-33
    3.2.3 基于LMS的失配滤波器改进设计  33-38
  3.3 多相编码的旁瓣抑制方法  38-46
    3.3.1 经典窗函数加权方法  39-42
    3.3.2 匹配脉压后滑窗处理  42-44
    3.3.3 编码信号与滤波器的联合优化设计  44-46
  3.4 本章小结  46-47
4 脉冲压缩系统的设计与仿真  47-59
  4.1 脉冲压缩系统的实现方式简介  47-49
    4.1.1 时域卷积法  47-48
    4.1.2 频域快速卷积法  48
    4.1.3 时域卷积法与频域快速卷积法的比较  48-49
  4.2 频域脉压特殊旁瓣的产生及解决方法  49-51
    4.2.1 频域快速卷积法特殊旁瓣的产生  49-50
    4.2.2 特殊旁瓣的抑制方法  50-51
  4.3 频域脉冲压缩系统的设计  51-55
    4.3.1 总体实现框图  51
    4.3.2 子模块的设计  51-55
  4.4 频域脉冲压缩系统的仿真  55-58
    4.4.1 基带回波信号模拟  55-57
    4.4.2 频域脉冲压缩系统的仿真与分析  57-58
  4.5 本章小结  58-59
5 频域脉冲压缩系统的硬件实现  59-67
  5.1 实现平台的选择  59
  5.2 子模块的硬件实现及性能验证  59-64
    5.2.1 中频信号产生模块的FPGA实现  59-61
    5.2.2 解调模块的FPGA实现  61-62
    5.2.3 脉压模块的FPGA实现及其性能验证  62-64
  5.3 脉冲压缩系统的硬件实现及性能验证  64-66
  5.4 系统性能分析  66
  5.5 本章小结  66-67
结论  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文与参与的项目  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 雷达信号检测处理
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