基于FPGA的數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

摘 要:針對采用線性調(diào)頻信號的寬帶雷達(dá)系統(tǒng)，完成單通道高速數(shù)據(jù)采集和數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)使用ADS5500完成14位、60 MSPS的數(shù)據(jù)采集，使用FPGA實(shí)現(xiàn)1 024點(diǎn)的數(shù)字脈沖壓縮。脈沖壓縮模塊采用快速傅里葉變換IP核進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以在脈沖壓縮的不同階段對其進(jìn)行復(fù)用，分別完成FFT和IFFT運(yùn)算，從而使硬件規(guī)模大大減少。系統(tǒng)采用塊浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式以提高動態(tài)范圍，同時減小截?cái)?或舍入)誤差對輸出信噪比的影響。

關(guān)鍵詞: 數(shù)字脈沖壓縮; 快速傅里葉變換; 塊浮點(diǎn); 知識產(chǎn)權(quán)核; 現(xiàn)場可編程門陣列

中圖分類號:TN911; TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)14-0190-03

Implementation of Digital Pulse Compression System Based on FPGA

PANG Long， CHEN He

(Radar Technology Research Institute， School of Information and Electronics， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China)

Abstract: A single-channel high-speed data acquisition and digital pulse compression system is implemented for the wideband radar system with LFM signal. ADS5500 is used for 14 b， 60MSPS data acquisition and FPGA is used for 1024 points digital pulse compression (DPC). The DPC module is designed using FFT IP core which can be reused in different periods of DPC， respectively performing FFT and IFFT calculation， so that the hardware consumption is saved significantly. The block floating-point data format is used to enhance dynamic range， and diminish truncation or rounding error which affects the output signal to noise ratio.

Keywords: digital pulse compression; FFT; block floating point; IP core; FPGA

0 引 言

脈沖壓縮體制在現(xiàn)代雷達(dá)中被廣泛采用，通過發(fā)射寬脈沖來提高發(fā)射的平均功率，保證足夠的作用距離;接收時則采用相應(yīng)的脈沖壓縮算法獲得脈寬較窄的脈沖，以提高距離分辨力，從而能夠很好地解決作用距離和距離分辨力之間的矛盾問題[1-3]。

線性調(diào)頻(LFM)信號通過在寬脈沖內(nèi)附加載波線性調(diào)制以擴(kuò)展信號帶寬，從而獲得較大的壓縮比。所需匹配濾波器對回波信號的多普勒頻移不敏感，因此LMF信號在目前許多雷達(dá)系統(tǒng)中仍在廣泛使用[4-5]。

本文基于快速傅里葉IP核可復(fù)用和重配置的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種頻域的FPGA數(shù)字脈壓處理器，能夠完成正交輸入的可變點(diǎn)LFM信號脈沖壓縮，具有設(shè)計(jì)靈活，調(diào)試方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)功能硬件實(shí)現(xiàn)方法

該系統(tǒng)為某寬帶雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)字脈沖壓縮部分。系統(tǒng)要求在1個脈沖重復(fù)周期(PRT)內(nèi)完成距離通道的數(shù)據(jù)采集及1 024點(diǎn)的數(shù)字脈沖壓縮，并在當(dāng)前PRT將脈壓結(jié)果傳送至DSP，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。……