陈保龙[1]2008年在《基于FPGA的数字中频接收机的研究》文中研究说明在现代电子系统中,数字化已经成为发展的必然趋势,接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容,对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展,高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文围绕宽带、高效数字中频接收机的研制,开展了以下几个方面的研究工作:1.研究讨论了数字中频接收机中变频、滤波等的关键技术,利用FPGA编程实现了用于下变频处理的CORDIC算法和用于数字滤波处理的分布式结构(DA)算法;2.分析和比较了多种DDC实现结构,对经典数字接收机结构进行了改进,设计使用了一种乘法器后移的高效DDC结构,并确定了系统结构和实现方法。3.完成了数字中频接收机硬件设计和制作。完成了各模块VHDL代码编写、仿真和调试。对设计FIR滤波器所使用的分布式算法进行了改进。使用并串结构以及OBC编码以提高速度,减少FPGA资源消耗。最后的测试结果验证了所设计的中频数字接收机的正确性和有效性。同多级抽取结构的DDC相比,本文所采用的DDC结构在乘法器、触发器等多个方面占用的FPGA资源明显减少。
杜莹莹[2]2016年在《新一代外贸155测速雷达中频数字接收机的研究与实现》文中认为现代大多数雷达接收机系统均应用了数字化技术,雷达数字接收机的发展得益于数字技术的完善。本文重点对雷达中频接收机的数字处理作了一定的研究。当前雷达设备日新月异,因此研发雷达中频数字接收机系统对我国雷达设备的更新换代而言有十分重要的战略意义。本文结合新一代外贸155测速雷达系统的实际需求,设计了一套基于FPGA的雷达中频数字接收机。中频数字接收的理论基础涉及到信号的带通采样,数字下变频,多采样率数字信号抽取。滤波器算法的重要理论有最大误差最小化准则、交替定理和交错点组定理。接收机实现的硬件平台有中频放大器,A/D变换器件,FPGA芯片等。我遵循模块化的设计思路,通过模拟预处理和模数转换硬件电路、FPGA内部数字信号处理和逻辑控制,实现了测速雷达中频数字接取机的设计。在FPGA内部数字信号处理中,基于数字正交下变频和分布式算法理论,提出一种多相滤波结构的数字下变频方法,完成信号频谱搬移;基于级联抽取和切比雪夫逼近理论,提出积分梳妆滤波器和半带滤波器级联抽取的方法,降低了基带信号速率。结合FPGA硬件平台和VerilogHDL软件编程,完成了对雷达系统前端中频回波信号的实时接收。测试结果验证了本设计的正确性和可行性。
汪敏[3]2009年在《中频数字接收机的研究与设计》文中认为数字中频技术是目前软件无线电技术中发展最迅速的一项技术,基于软件无线电技术的中频数字化接收机已经成为现代雷达、通信、测控系统的重要组成部分。因此,研究中频数字化接收机技术有重要的意义。课题结合具体技术指标要求,从工程实际应用的角度出发,采用软件无线电思想设计中频数字接收机,实现中频调幅信号的采样,下变频与解调。传统无线电接收机硬件依赖性强、信号适应能力差,软件无线电技术的出现导致了接收机的革新。它基于一个通用的可编程硬件平台,通过软件来实现各种标准和通信制式,可以方便地增加许多新的通信功能,使系统的灵活性大大增加。但由于现阶段电子器件性能上的限制以及技术上的不足,理想的软件无线电还无法实现。本课题利用直接中频数字化技术,使用带通方式采样,设计出一种现阶段可行的软件无线电接收平台。在硬件部分,完成了以AD6645为核心的数据采集部分硬件电路设计,以EP2C5T144C8为核心的数字下变频电路设计和相关的外围电路设计。在软件部分,基于FPGA完成数字下变频各功能模块的设计与实现,主要包括数控振荡器模块,混频模块和抽取滤波模块,实现了数字下变频、滤波、抽取和解调的功能。硬件电路和软件设计是整个系统的核心。经过调试,系统可以完成对中频调幅信号的采样,下变频,解调等任务,测试表明其性能达到预期目标,且具有较强的通用性和灵活性。
刘鹏[4]2009年在《雷达高度计数字接收机及控制技术》文中指出接收单元和控制单元是雷达高度计系统的重要组成部分。雷达数字化中频接收机一般采用FPGA+DSP实现,它具有直流误差小,IQ通道幅度一致性好、相位正交度高的优点。在雷达高度计接收机中引入数字中频技术,能够减少系统复杂度,提高系统精度。FPGA器件的引脚丰富,其接口信号电平通过配置可以适合众多的规范标准,适合高度计控制系统多个控制量的并行实现;FPGA的逻辑和触发器资源及其丰富,运行频率很高,适合高度计系统的精确定时控制。因此,研究FPGA技术在雷达高度计单元和控制单元中的应用具有重要的意义。本文围绕基于FPGA技术的数字中频接收机与数字控制系统进行了探讨和研究,具体包括以下四个方面的内容:(1)、深入研究了雷达高度计接收系统和控制系统的工作机理,对卫星雷达高度计控制系统进行了详细分析,在xc2v3000系列FPGA中完成了卫星雷达高度计控制时序的硬件实现,实测结果表明满足设计要求。(2)、深入研究了数字中频接收机的工作机理和设计方法,并完成了雷达高度计数字中频宽带接收机和窄带接收机的研制。分别对构建的数字接收机在算法上做出了优化,使其便于系统实现。对设计好的宽带和窄带接收机结构给出了MATLAB仿真,仿真结果表明两者符合设计要求。(3)、采用xc2v3000系列FPGA分别实现了雷达高度计数字中频宽带接收机和窄带接收机,窄带接收机的滤波器采用多级滤波和多相滤波实现,节约了设计资源。给出了两个接收机系统的MATLAB和MODESIM联合仿真结果,指出设计的宽带接收机的相位正交误差小于3°,幅度一致性误差小于0.3dB;窄带数字中频接收机的幅度一致性误差小于0.02dB。相位一致性误差小于0.7°。
黄伟[5]2007年在《基于DSP的中频数字接收机设计》文中认为目前，随着数字技术的快速发展，基于数字平台用软件算法来实现信号解调接收的软件无线电技术在通信、雷达、导航等各领域得到了广泛应用。船用紧急无线电示位标是在船舶遇险情况下发射编码信息的无线电求救信标，本文采用软件无线电技术设计的中频数字接收机就是用于该设备的日常检测和维护。本论文首先分析了中频数字化接收机的基本理论和核心技术；其次，根据双相L调制信号的特点对其解调算法进行设计和分析，并利用MATLAB对实际采样数据进行算法仿真和分析，验证了算法的正确性和可行性；提出了基于DSP的叁种解调算法，并进行了对比分析和DSP程序设计；最后，对中频接收机的数字系统软、硬件进行了设计和调试，实际测试结果表明中频数字化接收机方案是可行的。
凡守涛[6]2013年在《单脉冲气象雷达系统分析与设计》文中认为单脉冲气象雷达系统作为高空气象探测的主要设备，一直以来都在我国高空气象探测中发挥着重要的作用。然而，随着科技的发展，基于模拟信号处理方式的单脉冲气象雷达系统的探测精度已无法满足当前高空气象探测的要求，尤其是军事活动对精确高空气象信息的要求。近年来，高速数字电路技术和数字信号处理技术的飞速发展，为雷达数字中频接收提供了良好的基础，数字接收技术已成为雷达发展的必然趋势。本文紧密结合相关科研课题，对单脉冲气象雷达系统进行了深入研究，重点围绕地面雷达的叁通道射频接收分系统、信号处理分系统以及用于探空仪的新型印刷天线开展了相关的研究工作。作者的主要研究成果可概括为以下几方面：1.对叁通道射频接收分系统进行了深入的研究。首先对射频接收分系统的指标进行了分析与讨论，基于指标要求确定了完整的分系统方案。之后通过仿真软件对设计的方案进行了仿真分析，进一步验证了方案的可行性，并根据仿真结果对设计的方案进行了优化。最后对叁通道射频接收分系统进行了实物加工与测试。实测结果表明本文所设计的射频接收分系统具有噪声系数低、动态范围大以及通道隔离性能良好等优点，能够很好地满足单脉冲气象雷达系统的指标要求。2.对射频接收分系统的通道隔离和通道一致性问题进行了研究。将叁路射频接收通道进行分离式设计并分别放置在叁个独立的金属腔体中，结合对本振信号进行隔离放大的方法，极大地提高了射频接收通道的隔离度。在对叁路射频接收通道采用相同硬件设计的基础上，通过加入标校信号源，配合信号处理分系统完成通道间的幅相误差校正，消除了接收链路幅相误差对单脉冲测角的影响。测试结果表明，本文设计的方法能够很好地解决通道隔离和通道一致性问题。3.对信号处理分系统进行了研究。首先，基于信号处理分系统的功能需求，采用FPGA与DSP相结合的方式对信号处理分系统的硬件电路进行了系统的设计。然后，采用数字信号处理方法对分系统的功能进行了详细的分析与实现。雷达系统的实测结果表明采用数字信号处理技术有效地提高了系统的探测精度。4.结合单脉冲气象雷达系统中探空仪天线的应用背景和高空气象探测系统多频/宽带化的发展趋势，对用于探空仪的双频/宽带印刷天线进行了研究。首先，以基本印刷单极子天线为基础，分别利用加载缝隙和寄生单元的方式实现了两款具有双频和宽带特性的印刷单极子天线。然后，以探空仪对天线定向辐射的特殊需求为背景，设计了一款新型印刷环天线。通过在印刷辐射环内外两侧分别引入寄生谐振单元，构建了两个新的谐振频率，有效地展宽了天线的阻抗带宽。
梁华[7]2012年在《X波段中频相参天气雷达数字接收机设计》文中研究表明雷达接收机在雷达系统中非常重要,其主要实现的功能是对接收到的小信号进行放大、变频、滤波和数字化处理,在进行上述信号处理的过程中把干扰信号滤除掉,保留有用信号,最终把信号送入信号处理。现在最流行的数字接收机,它是将输入信号在中频上直接进行ADC变换,再进行数字信号处理,最后还原出原始信号。本文以中频相参雷达接收系统为研究对象,首先对中频数字接收系统及其主要技术性能进行了设计分析。分析了中频相参接收系统功能及原理,详细叙述了接收机的动态范围、镜像抑制和直流抑制、滤波和抽取的实现方法等,对中频相参接收系统的技术难点进行了逐一分析并做了相应的仿真。其次,提出本课题的工程实施方法,讨论了系统的组成及其实现的原理框图,分析了接收系统的各部件的功能及其性能参数指标,对系统组成及结构进行了讨论与设计,结果表明该方案切实可行。最后,采用了MATLAB对系统进行了仿真,仿真结果可以看出,最后输出的I_D、Q_D数据的噪底在30～40db之间,中间有直流分量造成的直流高噪声,该噪声将在下级信号处理会进行滤除,实验结果表明数字接收机输送的数据噪声符合设计要求,能完整的携带信号信息。
陈大海[8]2008年在《中频数字收发信机的研究与系统实现》文中指出目前,随着技术的高速发展,越来越多的无线电收发信机功能适合采用数字技术设计和实现。因为数字技术相比较模拟技术具有很大的优越性,主要表现在处理精度高,灵活性好,设备体积小,功耗低,抗干扰能力强等方面。理想软件无线电要求A/D和D/A尽量向射频靠拢,而将尽可能多的无线电功能用软件加以实现。目前,受芯片制造技术的制约,软件无线电收发信机的功能还适合在中频上加以实现。研究的重点一方面是针对多种体制信号进行全数字化调制解调高效结构以及实现算法的研究,另一个方面就是采用高速A/D、D/A转换器以及高性能,大规模可编程器件进行样机的工程研制。这些工作对于将来实现理想软件无线电的功能无疑具有重要的理论和实践意义。本文是围绕着中频数字收发信机的设计这一主题展开的。首先是关于2Mbps码率PCM/FM遥测数字接收机设计问题,主要包括叁个研究点:1)提出了一种高效的数字FM解调算法;2)研究了PCM/FM信号的同步技术,包括载波同步和PCM码同步两方面,提出了一种载波频偏抑制的新方法;3)采用高速ADC,专用数字下变频器件(DDC)和FPGA设计和实现了PCM/FM中频数字化接收机,对其性能进行了实验测试。针对经典DDC方法难以实现宽带信号的有效接收问题,本文的第二个研究内容是关于四种高效的宽带数字下变频实现结构,能够解决其技术瓶颈。高速数传收发信机的设计是跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的关键技术之一。本文的第叁个研究内容关于800Mbps速率8PSK高速数传接收机的设计难题,主要研究点包括:1)提出了8PSK高速数传接收机的实现方案和频域并行处理解调算法,进行计算机仿真验证;2)采用超高速ADC和高性能FPGA设计和实现了8PSK高速数传接收机,对样机进行了测试。本文的第四个研究内容关于中频数字调制器设计和宽带频率合成技术,主要研究点包括叁个方面:1)基于ICS564 DAC卡实现了4通道多模式中频数字调制器;2)提出了800Mbps速率8PSK高速数传中频调制器的实现方案,采用高性能FPGA和超高速DAC设计和实现了样机,给出了实验结果;3)采用一种改进的DDS+PLL的频率合成技术设计和实现了一种能够同时覆盖S、L和C波段的宽带低相噪频率合成器。本文的主要创新之处:(1)在PCM/FM中频数字化接收机的研究中,提出了一种高效的FM解调算法,它采用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法进行鉴相,再对鉴相结果进行一阶差分鉴频。该算法适合于在FPGA中以多级流水线结构实现,具有运算量小,处理速度快的优点;(2)对PCM/FM中频数字化接收机的同步技术进行了研究,包括载波和码同步两方面。提出了一种基于滑窗幅度检波和抵消的载波频偏抑制新方法。该算法具有运算量小,对频偏变化适应能力强的优点;(3)采用中频采样ADC,专用DDC器件和FPGA实现了PCM/FM中频数字化接收机,实验结果表明样机达到了较好的技术指标;(4)研究了四种高效的宽带DDC实现结构:混频器后置结构、最小公倍数结构、一次变频结构和二次变频结构,能够有效地降低滤波和混频的乘法速度。(5)针对800Mbps速率8PSK高速数传接收机的设计难题,提出了其实现方案以及频域并行处理的信号解调算法,计算机仿真结果证明了其可行性;(6)采用超高速ADC和高性能FPGA完成8PSK高速数传接收机设计,实验结果表明样机能够正确地解调8PSK信号;(7)提出了800Mbps速率8PSK高速数传中频调制器的实现方案,采用高性能FPGA和超高速DAC完成了样机设计,实验结果表明8PSK输出信号达到了较好的EVM(Error Vector Magnitude)指标;(8)采用一种改进的DDS+PLL的频率合成技术,成功地设计出一种能够同时覆盖L、S、C频段的宽带低相噪频率合成器,达到了较好的技术指标。
侯庆凯[9]2015年在《空间目标压缩感知雷达成像方法与应用研究》文中研究说明传统距离-多普勒ISAR成像方法和传统雷达信号采集方法所面临的数据量大、采样率高等问题。本文深入研究了基于压缩感知的ISAR成像,围绕压缩感知成像理论和实测数据处理中面临的理论难题与实测数据误差等问题,结合雷达数字接收机和相控阵雷达等雷达发展方向,致力于解决当前空间目标成像中面临的实际问题以及现有算法的局限性。本文研究的主要内容包括宽带成像雷达数字接收机的压缩感知应用、稀疏回波压缩感知自聚焦问题、相控阵雷达多目标成像问题以及压缩感知成像中遇到的复杂运动目标和含旋转部件目标的成像问题。第一章绪论主要阐述了论文的研究背景及研究意义,介绍了空间目标成像雷达的发展现状和压缩感知技术现状,重点分析了压缩感知在雷达技术中的应用,特别是压缩感知在空间目标成像中的发展情况。对压缩感知雷达成像中面临的挑战和存在的技术难题作了总结与分析。从中出发引出了本文的主要研究目标和方向,对论文的研究内容和主要安排作了简要介绍。第二章研究了压缩感知在线性调频雷达中频信号采集和数字接收机中应用,并提出了一种快时间压缩采样数字中频接收机和一种正交一维距离像重构算法,并在此基础上进一步提出了慢时间域与快时间域同步稀疏采样的二维稀疏成像方法。首先从ISAR成像模型的角度出发,对线性调频回波信号进行了稀疏性分析,基于散射点成像模型和一维距离像稀疏性构造了中频回波的稀疏字典,提出了一种基于随机采样的中频直采数字接收机,可以大大降低中频直采对于ADC采样率的需求。提出一种正交一维距离像重构算法,实现了从欠采样中频回波中直接重构目标一维距离向的方法,重构得到的一维像具有很好的保相性,便于后续ISAR成像方位向聚焦。提出了基于2D压缩感知的二维图像重构方法,将压缩采样扩展到距离和方位向两个维度,在二维同时稀疏采样的前提下,大大降低成像所需的数据量。基于2D-SL0算法实现了二维直接重构,与传统的二维图像压缩感知处理方法相比,大大降低了重构算法的复杂度,提高了二维像重构速度。第叁章重点研究了在方位向回波数量不足的压缩感知成像场景中的自聚焦问题,提出了一种针对稀疏回波的相位补偿方法。在实测信号的雷达成像中,目标的相参性被观测误差破坏,基于理想转台模型提出的算法无法直接重构得到图像,必须进行相参化处理。压缩感知成像中,回波信息的缺失又导致传统的自聚焦算法对稀疏回波数据补偿失效。本章首先从理论角度分析了压缩感知成像中实测雷达数据的噪声和测量误差模型,将带有相位误差的压缩感知成像问题等效为求解最稀疏解和最小图像熵的联合优化问题,在传统的压缩感知重构函数中增加最小图像熵作为重构正则化参数。提出了一种迭代方法对该优化问题进行求解。在每一个迭代过程中,首先使用压缩感知重构算法基于现有误差重构目标;然后基于最小熵或最大对比度准则从当前重构目标结果估计相位误差。用当前误差补偿回波数据后再进入下一次迭代,迭代直至误差小于设定的阈值范围。本章所提算法完全基于稀疏采样的数据估计相位误差,从而实现随机脉冲数量不足时的图像自聚焦。经过仿真数据验证,对多种相位误差均由较好的补偿效果,实测数据处理结果进一步验证了算法的可行性。第四章研究了基于压缩感知的宽带相控阵雷达多目标同时成像技术。针对同时多目标观测场景中雷达脉冲资源有限的问题,本文充分挖掘相控阵雷达脉冲分配的灵活性,基于慢时间域压缩感知成像方法提出一种随机脉冲分配方案,将观测时间内的有限雷达脉冲资源分配给多个目标,在慢时间域实现对多个目标的随机欠采样,然后利用压缩感知成像方法从稀疏回波中重构每个目标的二维像。考虑到多目标场景中目标通常具有不同尺寸,并且相对于雷达视线方向具有不同的旋转速度。本章从ISAR成像原理和压缩感知观测条件角度出发,证明了压缩感知成像所需的脉冲个数与目标尺寸和目标转速的关系,并推导了叁者之间的换算公式。基于以上推导,本章在随机脉冲分配方案的基础上进一步提出了自适应多目标同时成像方法。该方法基于目标尺寸估计和旋转速度估计对脉冲分配比例进行实时计算,雷达在多目标观测过程中实时修正脉冲分配比例,从而进一步优化雷达资源分配。采用本章提出的脉冲分配方法及压缩感知重构算法,可以利用有限的雷达资源实现尽可能多目标同时成像,有助于提高雷达的多目标观测能力。仿真实验结果证明了本文所提脉冲分配比例计算方法以及自适应多目标同时成像方法的有效性及必要性。第五章研究了含微动部件目标的压缩感知成像问题,提出了一种针对稀疏回波的微多普勒分离及压缩感知成像方法。目前针对空间目标的压缩感知成像研究大部分都是基于刚体目标模型,缺少对含旋转部件的目标压缩感知成像的研究。由于目标主体散射点的回波在慢时间域具有明显的稀疏性,利用压缩感知算法可以从稀疏回波中重构成像结果。但旋转部件的微多普勒效应会对其所在的距离单元回波造成调制及干扰,破坏目标主体散射点回波在慢时间频域的稀疏性,导致图像重构结果散焦。本章提出了包含微动部件目标的理想散射点回波模型,并从时频分析的角度研究了微动部件对目标主体回波多普勒频率的影响,利用面元模型回波仿真方法分析了旋转部件对目标一维距离像的影响。研究了稀疏回波场景下,含微动部件目标的ISAR成像模型,利用基于稀疏短时傅里叶变换的稀疏时频分析方法,对稀疏采样后的回波时频特性进行分析;提出了一种基于慢时间域加权积分与压缩感知的微动特征分离方法,可以在回波数量不足的情况下去除旋转部件对目标主体回波的干扰,改善主体散射点的压缩感知成像重构效果。最后给出了针对仿真数据和实测数据处理结果,证明了算法的有效性。第六章对本文的研究工作和主要创新点进行了总结,并指出了下一步需要努力的研究方向。
范田田[10]2009年在《某雷达数字化中频接收机方法研究及工程实现》文中提出在当今高速信号处理技术中,DSP+FPGA方式是目前比较先进的技术实现途径和有效解决手段。DSP适合完成结构复杂的算法;现场可编程逻辑阵列(FPGA)适合完成高效、算法固定的任务;与专用集成电路(ASIC)相比,FPGA优点主要在于其很强的灵活性、可在线配置、修改和维护方便等优点。本文工程中的星载雷达信号处理和控制系统就是采用DSP+FPGA的方式。其中信号处理采用的是Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA和多片Analog Devices公司的TigerSHARC TS101的硬件电路结构。本文主要内容是:雷达数字化接收机、控制器方法研究及工程实现。雷达数字化接收机是基于数字下变频(DDC)技术的FPGA上实现的算法研究及工程实现。DDC的实现分为两个部分,IQ分解和抽取。本文采用的是多相滤波的方式。采用高精度的ADC芯片完成中频采样,通过Virtex-Ⅱ系列FPGA设计中频正交系统,主要是通过滤波器IP核实现滤波器的设计,通过Verilog语言实现多路雷达中频接收的时序控制,以及与DSP的通讯控制模块设计。并给出了FPGA在资源和速度上一些优化的方法,和中频正交接收性能测试的方法。采用链路口(Link port)传输数据是本文设计中频数字化接收机的优势之一。链路口为芯片间的数据传输提供了一个高速、独立的通信机制,本文正是利用TS101的链路口实现了FPGA与DSP这两种不同芯片之间的通讯,将FPGA中的处理数据通过链路口的DMA方式实时地传输给DSP芯片运算处理。这种数据传输方式速度快,实现了数据处理的实时性。此外,利用自动增益控制和降采样等手段提高了接收机信号处理的精度和实时性。
参考文献：
[1]. 基于FPGA的数字中频接收机的研究[D]. 陈保龙. 南京理工大学. 2008
[2]. 新一代外贸155测速雷达中频数字接收机的研究与实现[D]. 杜莹莹. 南京理工大学. 2016
[3]. 中频数字接收机的研究与设计[D]. 汪敏. 西南石油大学. 2009
[4]. 雷达高度计数字接收机及控制技术[D]. 刘鹏. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009
[5]. 基于DSP的中频数字接收机设计[D]. 黄伟. 南京理工大学. 2007
[6]. 单脉冲气象雷达系统分析与设计[D]. 凡守涛. 西安电子科技大学. 2013
[7]. X波段中频相参天气雷达数字接收机设计[D]. 梁华. 北京邮电大学. 2012
[8]. 中频数字收发信机的研究与系统实现[D]. 陈大海. 电子科技大学. 2008
[9]. 空间目标压缩感知雷达成像方法与应用研究[D]. 侯庆凯. 国防科学技术大学. 2015
[10]. 某雷达数字化中频接收机方法研究及工程实现[D]. 范田田. 哈尔滨工业大学. 2009
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