基于FPGA的LFM脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法及系统与流程

本发明属于雷达信号处理领域，涉及一种基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法及系统。

背景技术：

1、现代雷达，特别是固态雷达，由于其发射机峰值功率较小，为了增大雷达的作用距离，必须增加发射信号的时宽，但是增加了时宽则会降低信号的带宽，也就是降低了雷达的距离分辨率。为了解决此种矛盾，脉冲压缩技术被提出并得到了广泛的研究和应用。利用脉冲压缩处理的信号波形有很多种，其中线性调频作为一种具备产生简单、多普勒特性不敏感等优点的信号而被雷达大量使用。

2、早期信号的脉冲压缩处理在模拟器中进行，随着dsp等大规模集成电路技术的发展和进步，脉冲压缩由模拟方法转换到了数字方法上进行。而fpga非常适合于此。脉冲压缩又可分为在频域和时域处理，目前在fpga中频域处理得多。这种处理方法的优点是需求的硬件资源较小，可以处理大时宽带宽积的信号，并可以进行串行处理，缺点是其处理延时与所要处理的信号采样点数相关，理论上至少为完整基带信号采样点数的2倍，而实际会更多。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法及系统，提高了系统的稳定性且实时性高。为实现上述目的，采用的技术方案如下：

2、一种基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法，包括以下步骤：

3、步骤1、对中频回波信号s(n)进行正交下变频和低通滤波，输出信号s；

4、其中，经过正交下变频将中频回波信号s(n)搬至零中频，经过低通滤波器滤除高频分量和抑制带外噪声；其中：

5、

6、s＝si+j*sq；

7、

8、

9、a()为信号的调制包络；rect()为矩形函数；t为矩形宽度；

10、f0为中频频率；

11、为信号的相位信息；

12、n为采样的时间点序列；

13、n为n抽取后的序列；

14、si为正交滤波抽取后的i路信号；sq为正交滤波抽取后的q路信号；

15、步骤2、将信号s输入至脉压匹配滤波器单元进行卷积，脉压匹配滤波器单元输出信号sout；

16、其中，脉压匹配滤波器单元包括2个脉压匹配滤波器，其中一个脉压匹配滤波器的系数为hi，另一个脉压匹配滤波器的系数为hq；

17、脉冲匹配滤波器单元的系数h，为零中频线性调频信号的复共轭，设零中频线性调频信号为：

18、

19、k为调频斜率；t-时间；

20、则

21、h＝hi+j*hq；

22、hi＝cos(-πkt2),hq＝sin(-πkt2)

23、

24、其中，为i路输出信号；

25、为为q路输出信号；

26、步骤3、利用fpga对i路输出信号、q路输出信号进行求模，获取最终的脉冲压缩信号。

27、优选地，步骤1具体包括：

28、步骤1a、将中频回波信号s(n)输入a/d转换器和fpga，fpga输出正交的i路本振信号cos(2πf0n)、q路本振信号-sin(2πf0n)；

29、步骤1b、将s(n)与两个正交的本振信号分别在fpga中混频，得到的结果为：

30、

31、同上，可推得q1(n)的表达式：

32、

33、

34、其中，i1(n)-混频后的i路信号；

35、q1(n)-混频后的q路信号；

36、步骤1c、将i1(n)、q1(n)通入低通滤波器，获取两路正交的零中频信号i(n)、q(n)；其中：

37、低通滤波器由matlab的fdatool工具箱生成，只要设置合适的截止频率、通带频率、通带衰减和阻带衰减等参数，就可以快速地生成所需要的低通滤波器系数。

38、

39、

40、i(n)-i路零中频信号；

41、q(n)-q路零中频信号；

42、步骤1d、将i(n)、q(n)进行抽取，输出信号s。

43、si，sq分别为i(n)，q(n)每隔x个就取一个数据得到，x为抽取因子。

44、优选地，脉冲匹配滤波器单元的系数h由matlab生成。

45、一种基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理系统，包括：

46、a/d转换器，用于采集中频信号s(n)；

47、下变频和滤波模块：对所述中频信号s(n)进行正交下变频和低通滤波，经过正交下变频将调频信号搬至零中频，经过低通滤波器滤除高频分量和抑制带外噪声；

48、脉压匹配滤波器单元，接收信号s并输出sout，其包括2个脉压匹配滤波器，其中一个脉压匹配滤波器的系数为hi，另一个脉压匹配滤波器的系数为hq；

49、其中，脉冲匹配滤波器单元的系数h，假设为：

50、h＝hi+j*hq。

51、与现有技术相比，本发明的优点为：

52、1、简化了程序结构，提高了效率，提高了系统的可靠性。图1中的本振信号、低通滤波抽取、匹配滤波器都可以利用fpga中现成的ip核生成，故而省却了程序人员自己开发算法模块的麻烦，稳定可靠。

53、2、数字脉冲压缩采用时域的处理方法，实时性高。因为时域采用卷积的计算方法，所以能够一边采集回波一边计算，而在频域中需要将回波采集完再做fft，故相对来讲，实时性好一些。

技术特征：

1.一种基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法，其特征在于，步骤1具体包括：

3.根据权利要求1所述的基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法，其特征在于，脉冲匹配滤波器单元的系数h由matlab生成。

4.一种基于fpga的lfm脉冲雷达时域脉冲压缩处理系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提出了一种基于FPGA的LFM脉冲雷达时域脉冲压缩处理方法及系统，该方法包括：步骤1、对中频回波信号s(n)进行正交下变频和低通滤波，输出信号s；步骤2、将信号s输入至脉压匹配滤波器单元进行卷积，脉压匹配滤波器单元输出信号s<subgt;out</subgt;；步骤3、利用FPGA对I路输出信号、Q路输出信号进行求模，获取最终的脉冲压缩信号。本发明提高了系统的稳定性且实时性高。

技术研发人员：蔡兆云,彭威,魏忠锟,马冲
受保护的技术使用者：中船鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21