第3讲雷达信号处理机设计与DSP实现

基于FPGA的雷达数字模拟目标设计与实现摘要：介绍了一种基于FPGA的可配置的雷达数字模拟目标实现方法。

利用FPGA的快速并行处理能力模拟产生多个目标，目标包含幅度、角度、速度、距离等信息，形成和、差及辅助波束，验证雷达测距、测角、测速等功能，完成雷达模拟训练需求。

经过实际应用验证，方法有效。

关键字：数字模拟目标；FPGA；雷达模拟训练Design and Implementation of Radar Digital Simulation Target Based on FPGAZHANG Meng PAN hao（No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230008）Abstract: A configurable radar digital simulation target realization method based on FPGA is introduced. Using the fastparallel processing capability of FPGA to simulate and generate multiple targets, the target include amplitude, angle, velocity, distance and other information, and form sum, difference and auxiliary beams to verify radar ranging, angle measurement, speed measurement and other functions, and complete radar simulation training requirements. After practical application verification, the method is effective.Key Words : digital target ; FPAG ; radar simulation training0引言FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，也被称为“液体硬件”，是一种硬件可重构的体系结构，自1985年问世以来，凭借其性能、成本和稳定性的优势，在各个领域都有广泛的应用。

Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 79【关键词】DSP 电子侦察信号处理技术 雷达脉冲 分选算法DSP(数字信号处理）技术得益于数字信号处理芯片上的持续优化。

如今的这个时代信息数据越发复杂、繁多，人们相应的要求信号处理技术能在速度和效率上有一个大的提升。

越来越多的资金被投入信息侦查处理技术的研究上。

而雷达技术就是以无线电信息为基本技术手段，对目标进行定位与测定的电子设备，而DSP 技术在提取信号中的有关信息方面有着很大的优势——效率高。

其发展前景也是一片大好。

1 雷达的信号数据建模1.1 雷达信号的相关参数1.1.1 脉冲到达时间雷达检测到脉冲信号到达的时间就是脉冲达到时间，它是建立在对雷达参数的有效利用之上。

通常我们在雷达设备接收上一个脉冲前沿信号时间的基础上，预测下一个脉冲信号的到达时间。

结合脉冲到达时间和合理的运算，可以对脉冲之间的时间间隔做一个基本的判断，为接下来的计算提供数据基础。

1.1.2 脉冲宽度脉冲的核心内容在于脉冲宽度。

脉冲到达时间和脉冲宽度能够一并在雷达侦测系统中进行计算，它能够有效减少幅度对测量结果的干扰，还能保证结果的准确性。

另外对于检波方法的运用，通过直接分析算得的脉冲宽度，能够更好的提高测量结果的精准度。

1.1.3 脉冲重复间隔雷达系统内彼此两个脉冲间的间隔时间就是脉冲重复间隔，它是脉冲信号的基础参数。

多个脉冲重复间隔能够在同一个雷达系统中共存的特点,导致其运算格式和范围相对繁杂，基于DSP 的电子侦察信号处理技术文/关雅卓并且它变化迅速。

一般我们主要通过脉冲达到时间计算出脉冲重复间隔。

1.1.4 载波频率处于辐射源脉范围内的调制频率就是载波频率。

它是用作区分载波信号的参数，且起到重要作用。

1.2 脉冲描述字流一般来说，我们将侦察到的信号被数字化处理的过程称之为脉冲描述字流。

基于VLSI的数字信号处理器设计与实现数字信号处理器（DSP）是一种专门用于数字信号处理的微处理器。

与通用微处理器相比，DSP的计算速度更快，更灵活，并为解决各种信号处理问题提供了更多的功能和算法。

现在许多应用领域都离不开DSP，例如通信、音频、视频、图像、雷达和信号检测等。

因此，开发高效的DSP是非常重要的。

在本文中，我们将讨论基于VLSI技术的数字信号处理器的设计和实现。

VLSI （Very Large Scale Integration）指的是将许多晶体管和其他电子元件集成在一个芯片上的技术，以实现更高的集成度和更小的芯片面积。

1. DSP架构DSP的基本要素包括中央控制单元（CPU）、存储器、输入输出（IO）端口和数字信号处理器。

其中，CPU控制数据流经过存储器和算法处理，并通过IO端口进行数据输入和输出。

不同的DSP可能使用不同的架构，例如Harvard、Von Neumann和MIMD等。

Harvard架构将指令存储器和数据存储器分开，可以实现更高的指令执行速度。

Von Neumann架构将指令存储器和数据存储器集成在一起，可以实现更高的存储器利用率。

MIMD架构允许多个处理器执行不同的算法。

2. DSP算法DSP一般使用数字滤波器，FFT、DFT和数字滤波器等算法来处理数字信号。

滤波器是DSP的最常用算法之一，用于从信号中提取有用的信息。

数字滤波器可以是有限差分滤波器、无限脉冲响应滤波器或一般的差分方程滤波器等。

FFT和DFT用于将一个信号从时域转换为频域，并可以帮助人们更好地理解信号。

FFT是用于高效计算DFT的快速算法，使用了变址法和蝶形算法。

数字滤波器是通过数学算法模拟传统的模拟滤波器来实现的。

数字滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通和带阻滤波器等，用于控制信号频率的范围。

3. DSP硬件DSP的硬件包括VLSI芯片、数字信号处理模块、中央控制器和各种IO接口等。

数字信号处理模块处理从存储器和IO模块读取的数据，然后将其传递给中央控制器。

DSP芯片的原理与开发应用课件1. 什么是DSP芯片DSP芯片（Digital Signal Processing Chip）是一种专门用于数字信号处理的集成电路芯片。

它具有强大的计算能力和高速处理速度，广泛应用于音频信号处理、图像处理、通信系统、雷达信号处理等领域。

2. DSP芯片的工作原理DSP芯片通过高效的算法和硬件加速器，对输入的数字信号进行采样、压缩、编码、滤波、频谱分析、解调、解码等处理，得到所需的输出信号。

其工作原理大致如下：1.信号采样：DSP芯片将输入的连续模拟信号通过采样电路转换为离散数字信号。

2.数字信号处理：DSP芯片使用内置的运算器和指令集，对采样到的数字信号进行各种算法处理，如滤波、频域变换、时域变换等。

3.运算加速：为了提高处理速度，DSP芯片通常配备专门的硬件加速器，如DSP协处理器、FPGA等，来协助完成复杂的计算任务。

4.输出处理：处理后的数字信号经过解码、解调等步骤后，再通过解调电路将其还原为模拟信号，输出到外部设备或其他系统中。

3. DSP芯片的开发应用3.1 音频信号处理DSP芯片在音频领域的应用非常广泛，可以用于音频编解码、音效处理、语音识别等。

通过采用各种数字算法，DSP芯片可以实现高质量音频信号处理和实时音效增强，提升用户体验。

在音频编解码方面，DSP芯片支持各种音频格式的解码和编码，如MP3、AAC、WAV等。

通过对音频信号进行压缩和解压缩，可以有效减小音频文件的大小，提高存储和传输效率。

3.2 图像处理DSP芯片在图像处理领域的应用日益重要。

利用DSP芯片的高速计算能力和并行处理能力，可以实现图像的滤波、边缘检测、图像增强、图像压缩等功能。

图像处理算法包括傅里叶变换、离散余弦变换、边缘检测、图像分割等。

这些算法可以在DSP芯片上进行高效的实现，帮助用户快速获得满足各种图像处理需求的结果。

3.3 通信系统DSP芯片在通信系统中起到了关键作用。

通信系统中需要对信号进行调制、解调、滤波、编解码等处理。

一种风廓线雷达接收机设计与实现摘要：详细介绍了一种风廓线雷达接收系统的设计与实现。

该系统采用了多项先进技术，包括超高灵敏度、大动态范围、数字中频等，具有系统灵敏度自动标定功能，提高了系统的微弱信号检测能力。

关键词：接收机高灵敏度大动态1 引言风廓线雷达以晴空湍流为探测目标，利用大气湍流对雷达电磁波的散射作用和脉冲多普勒雷达技术，获取空中水平风向、风速等数据。

为了获得微弱的回波信号，要求接收机具有超高灵敏度和较大的动态范围。

本文详细介绍了一种风廓线雷达接收机的设计与实现。

该接收机采用了多项先进技术，包括超高灵敏度、大动态范围、数字中频等，具有系统灵敏度自动标定功能，提高了系统的微弱信号检测能力。

2 系统组成与功能接收机主要由限幅开关耦合放大组件（含T/R开关、耦合器、低噪声放大器）、高频带通滤波器、上变频器、下变频器、标定单元、中频通道盒、数控衰减器和数字中频盒、电源板等组成。

组成框图如图1。

其功能主要有：a、将频综分系统输出的本振和调制信号经上变频输出射频激励信号；b、将接收到的射频回波信号进行低噪声放大、滤波，然后进行下变频，变换为中频信号，中频信号送入数字中放盒进行AD采样、数字下变频、IQ解调、滤波后输出至信号处理；c、在标定状态时，可根据需要完成灵敏度和噪声系数标定。

图1 接收机组成框图3 主要性能工作频率：1300MHz±10MHz；噪声系数：≤2dB；线性动态范围：≥70dB （含STC、AGC）；中频频率：60MHz±1MHz；中频带宽：≥2.5MHz；最小可检测信号功率：≤-147dB。

（终端测量）4设计方案工作原理与传统雷达接收机原理相似，采用下变频方案，射频回波信号经限幅开关耦合放大器放大、高频带通滤波器滤波后与本振信号下变频得到中频信号输出；上变频器将调制信号与本振信号上变频，得到的信号作为发射激励信号；在标定状态下，根据标定选择开关可将标定信号上变频，通过数控衰减器送限幅开关耦合放大器的耦合端进行速度和灵敏度标定。

第1章认识DSP数字信号处理技术(Digital Signal Processing简称DSP)在日常生活中正发挥着越来越重要的作用，现代数学领域、网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等领域无一例外的都需要数字信号处理作为基础工具。

其技术已经广泛应用于多媒体信号处理、通信、工业控制、雷达、天气预报等领域，也正是有了数字信号处理器技术才使得诸多领域取得了革命性的变化，数字信号处理技术本身拥有两成含义:一方面指的完成数字信号处理工作的处理器器件，另一方面指专门针对数字信号处理而设计实现的特殊算法和结构。

数字信号处理器技术的学习在嵌入式领域也占了相当大的比重，但由于其放大而复杂的硬件结构和灵活多变的软件设计方法，数字信号处理的学习往往对于初学者来说是无从下手的，到底应该怎样去学习DSP呢？这本书正是为了解决这个问题而诞生的，作为开头序章，在本章当中先来了解一下DSP的一些基础知识，了解DSP的基本概念，现在就让为我们来认识一下到底什么是DSP！1.1 DSP基础知识数字信号处理器(DSP)由最初的作为玩具上面的一个控制芯片，经过二三十年的发展，已经成为了数字化信息时代的核心引擎，广发用于家电、航空航天、控制、生物工程以及军事等许许多多需要实时实现的领域当中。

在全球的半导体市场中，未来三年DSP将保持着最高的增长率。

据美国权威机构SIA 2006年6月的预测，从2006年~2008年，半导体平均年增长率为10%，而DSP的平均年增长率则近20%。

2007年DSP市场规模将首次超过100亿美元，创新的应用前景非常广阔。

事实上我们生活在一个模拟的世界，这个世界充满了颜色、影像、声音等和各种可以由线路或通过空气传输的信号。

数字技术提供这些真实世界现象与数字信号处理的接口。

数字服务者所提供的每一件事情都是以模拟数字转换A/D开始而以数字模拟转换D/A为结束，而其中所进行的就是各种各样复杂的数字运算处理。