基于FPGA的PCR回波信号处理系统及方法与流程

技术特征：

1.一种基于现场可编程门阵列fpga的脉冲压缩雷达pcr回波信号处理系统，包括数据采集模块、脉冲压缩模块、动目标滤波模块、动目标检测模块、恒虚警模块，其特征在于：还包括信号预处理模块，所有模块均采用图形化方式开发；其中：

所述数据采集模块，用于以脉冲压缩雷达第一次发射的脉冲压缩信号作为参考信号，将完成参考信号发射的时间记为该参考信号的脉冲宽度，将脉冲压缩雷达发射一次脉冲压缩信号后实时接收到的脉冲压缩雷达回波信号以采样频率为fs1进行采样，得到回波信号，其中，fs1＞500mhz；

所述信号预处理模块包括：数字下变频模块、降采样模块、回波信号补齐模块、汉明窗生成模块、汉明窗信号补齐模块、参考信号预处理模块、汉明窗模块；其中，数字下变频模块用于将回波信号进行数字下变频处理，得到零中频的复信号；将零中频的复信号进行倍的降采样处理，得到长度为的降采样后的回波信号，其中，*表示相乘操作，fs2表示对零中频的复信号进行采样的频率，l表示回波信号的长度；回波信号补齐模块在降采样回波信号的末尾增补个零，得到预处理后的回波信号，其中，ceil表示向上取整操作，log2表示以2为底的对数操作，l1表示降采样回波信号的长度；汉明窗生成模块，用于产生宽度为的汉明窗信号，其中，τ表示参考信号的脉冲宽度；汉明窗信号补齐模块，用于在汉明窗信号的末尾增补个零，得到补齐长度的汉明窗信号，其中，lw表示汉明窗信号的长度；参考信号预处理模块，用于采用与本步骤中上述描述的对回波信号进行的相同处理方法，对参考信号进行处理，得到补齐长度的参考信号；

汉明窗模块，用于将补齐长度的参考信号与补齐长度的汉明窗信号相乘，得到预处理后的参考信号；

所述脉冲压缩模块包括：回波信号傅里叶变换模块、参考信号傅里叶变换模块、共轭乘法模块、傅里叶逆变换模块；其中，回波信号傅里叶变换模块，用于将预处理后的回波信号做傅里叶变换，得到频域回波信号；参考信号傅里叶变换模块，用于将预处理后的参考信号做傅里叶变换，得到频域参考信号；共轭乘法模块，用于将频域参考信号做共轭处理，得到共轭频域参考信号；将频域回波信号与共轭频域参考信号相乘，得到脉冲压缩频域信号；傅里叶逆变换模块，用于将脉冲压缩频域信号做傅里叶逆变换，得到脉冲压缩时域信号；

所述动目标滤波模块，用于用脉冲压缩雷达当前相邻发射之间的脉冲压缩时域信号减去前一次相邻发射之间的脉冲压缩时域信号，得到滤除静止目标的滤波信号；

所述动目标检测模块包括：脉冲存储模块、脉冲变换模块、并行傅里叶变换模块、速度计算模块；其中，脉冲存储模块，用于将脉冲压缩雷达n次连续发射的脉冲压缩时域信号依次拼接，得到信号序列，其中，n的取值为大于4的正整数；脉冲变换模块，用于将信号序列依次按行转换得到n×l2的矩阵x1，其中，l2表示脉冲压缩时域信号的长度；并行傅里叶变换模块，用于将矩阵x1的每一列做傅里叶变换，得到矩阵x2；将矩阵x2中的所有元素取模处理，得到矩阵x3；将矩阵x3中每一行中所有元素相加组成多普勒频谱序列；速度计算模块，用于在多普勒频谱序列中找出元素最大值，将最大值对应的多普勒频率值作为运动目标的速度；

所述恒虚警模块，用于将滤波信号进行恒虚警检测，得到运动目标的位置。

2.根据权利要求1所述脉冲压缩雷达pcr回波信号处理系统的一种基于现场可编程门阵列fpga的脉冲压缩雷达pcr回波信号处理方法，其特征在于，对回波信号降采样处理，对降采样后的回波信号进行补齐处理，该方法的具体步骤包括如下：

步骤1，实时接收脉冲压缩雷达pcr回波信号：

数据采集模块以脉冲压缩雷达第一次发射的脉冲压缩信号作为参考信号，将完成参考信号发射的时间记为该参考信号的脉冲宽度，将脉冲压缩雷达发射一次脉冲压缩信号后实时接收到的脉冲压缩雷达回波信号以采样频率为fs1进行采样，得到回波信号，其中，fs1＞500mhz；

步骤2，对回波信号与参考信号进行预处理：

信号预处理模块中的数字下变频模块将回波信号进行数字下变频处理，得到零中频的复信号；

信号预处理模块中的降采样模块将零中频的复信号进行倍的降采样处理，得到长度为的降采样后的回波信号，其中，*表示相乘操作，fs2表示对零中频的复信号进行采样的频率，l表示回波信号的长度；

信号预处理模块中的回波信号补齐模块在降采样回波信号的末尾增补个零，得到预处理后的回波信号，其中，ceil表示向上取整操作，log2表示以2为底的对数操作，l1表示降采样回波信号的长度；

信号预处理模块中的汉明窗生成模块产生宽度为的汉明窗信号，其中，τ表示参考信号的脉冲宽度；

信号预处理模块中的汉明窗信号补齐模块在汉明窗信号的末尾增补个零，得到补齐长度的汉明窗信号，其中，lw表示汉明窗信号的长度；

信号预处理模块中的参考信号预处理模块，采用与本步骤中上述描述的对回波信号进行的相同处理方法，对参考信号进行处理，得到补齐长度的参考信号；

信号预处理模块中的汉明窗模块将补齐长度的参考信号与补齐长度的汉明窗信号相乘，得到预处理后的参考信号；

步骤3，对预处理后的回波信号进行脉冲压缩：

脉冲压缩模块中的回波信号傅里叶变换模块将预处理后的回波信号做傅里叶变换，得到频域回波信号；

脉冲压缩模块中的参考信号傅里叶变换模块将预处理后的参考信号做傅里叶变换，得到频域参考信号；

脉冲压缩模块中的共轭乘法模块将频域参考信号做共轭处理，得到共轭频域参考信号；将频域回波信号与共轭频域参考信号相乘，得到脉冲压缩频域信号；

脉冲压缩模块中的傅里叶逆变换模块将脉冲压缩频域信号做傅里叶逆变换，得到脉冲压缩时域信号；

步骤4，生成多普勒频谱序列：

动目标检测模块中的脉冲存储模块将脉冲压缩雷达n次连续发射的脉冲压缩时域信号依次拼接，得到信号序列，其中，n的取值为大于4的正整数；

动目标检测模块中的脉冲存储模块将信号序列依次按行转换得到n×l2的矩阵x1，其中，l2表示脉冲压缩时域信号的长度；

动目标检测模块中的并行傅里叶变换模块将矩阵x1的每一列做傅里叶变换，得到矩阵x2；将矩阵x2中的所有元素取模处理，得到矩阵x3；将矩阵x3中每一行中所有元素相加组成多普勒频谱序列；

步骤5，动目标检测模块中的速度计算模块在多普勒频谱序列中找出元素最大值，将最大值对应的多普勒频率值作为运动目标的速度；

步骤6，对脉冲压缩时域信号进行动目标滤波：

动目标滤波模块用脉冲压缩雷达当前相邻发射之间的脉冲压缩时域信号减去前一次相邻发射之间的脉冲压缩时域信号，得到滤除静止目标的滤波信号；

步骤7，恒虚警模块将滤波信号进行恒虚警检测，得到运动目标的位置。

3.根据权利要求2所述的基于现场可编程门阵列fpga的脉冲压缩雷达pcr回波信号处理方法，其特征在于，步骤2中所述零中频的复信号进行倍的降采样处理是按照下式实现的：

其中，y(n)表示降采样后回波信号中的第n个元素，n的取值范围为0到l1-1，x(m)表示零中频的复信号中的第m个元素。

技术总结
本发明公开一种基于FPGA的PCR回波信号处理系统及方法，该系统包括数据采集模块、脉冲压缩模块、动目标滤波模块、动目标检测模块和恒虚警模块。该方法的步骤包括：(1)接收雷达回波信号；(2)回波信号进行预处理；(3)对预处理后的回波信号进行脉冲压缩；(4)生成多普勒频谱序列；(5)计算运动目标的速度；(6)滤除静止目标；(7)运动目标位置计算。本发明的系统具有易于开发、在高采样率的情况下正常工作的优点；本发明的方法具有测量不同长度回波信号中运动目标速度与位置的优点。

技术研发人员：董阳阳;郑鑫;董春曦;饶鲜;毛昱
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2020.01.15
技术公布日：2020.05.26