一种基于FPGA的PD雷达脉压匹配系数自适应装置

技术领域

本发明属PD雷达技术领域，特别涉及一种基于FPGA的PD雷达脉压匹配系数自适应设计及装置。

背景技术

中国授权专利CN109375175B公开了一种支持多波形的雷达信号发射与接收系统及方法，其支持多波形的雷达信号发射与接收，该系统包括：FPGA模块、DSP模块组成；其中，FPGA模块包括波形发送模块、回波接收模块和芯片配置模块。具有控制灵活、扩展性强、适应度高等特点，利用波形之间的动态切换，提高系统抗干扰性，满足动目标快速跟踪、识别的要求。

国际专利公开WO2020198470A1公开了一种软件限定的雷达系统，也采用了射频收发模块、模模拟数字转换模块、FPGA模块、DSP模块组成可执行脉冲控制和波形调节的雷达系统。

PD雷达若要变换发射的波形，会修改相应的配置参数，比如，LFM信号、发射波形的重复周期、脉冲宽度和脉冲积累数等。其中若涉及到修改LFM信号的，必定会影响到后续在FPGA中实现的PD雷达的信号处理流程。

一般情况下，在保持LFM信号不改变时，常常采用的方案是将与LFM相对应的匹配系数固化到ROM中。但这种方案只能适用于LFM信号单一的PD雷达系统，不利于系统的自适应化。当需要使用新的波形时，需要重新设计波形和脉压匹配系数以及重新编译代码，如此增加了工作量与时间消耗。因此，设计一种基于FPGA的PD雷达脉压匹配系数自适应装置很有意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是设计出基于FPGA的PD雷达脉压匹配系数自适应装置，完成PD雷达脉压系数自适应化的操作。配合整个PD雷达系统完善波形设计参数配置化。

本发明提出了一种基于FPGA的PD雷达的脉压匹配系数自适应装置，所述脉压匹配系数自适应装置包括：天线前端模块(1)、模拟数字变换模块(2)、DDS模块(3)、时序控制模块(4)、脉压匹配系数生成模块(5)和信号处理模块(6)；

天线前端模块(1)接收的回波信号分别经过模拟数字变换模块(2)中多个第一模拟数字变换器做信号变换采集后，输入信号处理模块(6)做后续的信号处理；模拟数字变换模块(2)中的第二模拟数字变换器对DDS模块(3)输出的LFM信号进行采集，采集的LFM信号输入到脉压匹配系数生成模块(5)进行处理；天线前端模块(1)对DDS模块(3)输出的中频LFM信号进行上变频处理，经天线发射处理完成的射频信号；

所述模拟数字变换模块(2)，是一组高速AD转换模块，用于实时采集天线前端模块(1)接收的下变频中频信号；

所述DDS模块(3)，用于根据配置的发射波形参数，生成前端天线模块(1)需要的发射信号波形；

所述时序控制模块(4)，用于产生天线前端模块(1)的收发控制信号，同时控制单独一路AD在前端发射时，回环采集DDS模块(3)生成的LFM信号；

所述脉压匹配系数生成模块(5)，用于回环采集上述单独一路AD采集的LFM信号生成最佳的匹配接收机；

所述信号处理模块(6)，用于接收回波信号处理，完成数字下变频及脉冲压缩处理。

进一步的，所述DDS模块根据不同的波形配置产生不同的LFM信号，通过回环AD的采集处理，使接收机每次能够达到回波的最佳匹配状态。而无需重新补偿由于变换波形带来的匹配系数重载。

进一步的，所述时序控制模块给DDS模块和模拟数字变换模块提供时序信号，完成模拟数字变换模块回波采集时序和对LFM信号精确采集的时序控制。

进一步的，所述时序控制模块根据不同参数进行匹配设计，生成不同配置参数所产生的系统时序变更。

进一步的，所述匹配系数生成模块接收第二模拟数字变换器输出的LFM信号数字采集信号，进行匹配系数生成，并将所生成的匹配系数提供给信号处理模块。

进一步的，所述匹配系数生成模块将参数DDS模块中生成的LFM信号回环到第二模拟数字变换器上，通过时序控制模块生成的控制时序，控制AD采集当前的回环信号；采样处理后的信号进行下变频处理后再做一次FFT变换，变换后的信号最终做一次共轭复数变换后得到当前参数配置下的匹配滤波系数。

进一步的，所述信号处理模块完成数字中频信号的下变频和脉冲压缩信号处理，根据脉压匹配系数生成模块所产生的脉压匹配系数与下变频之后的信号进行匹配滤波处理。

进一步的，所述天线前端模块在其雷达发射阶段，将DDS模块生成的LFM信号进行上变频处理，变换成射频信号将其辐射出去。在雷达接收阶段时，将天线阵面接收到的回波信号进行一次下变频处理，变换成后续的多路中频，输入到多个第一模拟数字变换器做信号变换采集。

本发明的方法，仅仅通过对DDS模块输出不同的LFM信号自适应匹配不同的脉压匹配系数，实现脉冲压缩最优信号处理，降低噪声的积累。此外，节省了波形设计以及代码重构的时间，大幅提升了设计的效率。采用

附图说明

图1是本发明的工作原理图；

图2是脉压匹配系数生成模块的工作流程图；

图3是时序控制图。

具体实施方式

本发明提供一种基于FPGA的PD雷达脉压匹配系数自适应装置设计，如图1所示，以xilinx公司7系列FPGA芯片为研发基础，，本装置包括6个模块，天线前端模块、数字AD模块、DDS模块、时序控制模块、匹配系数生成模块、信号处理模块。天线前端模块完成将DDS模块输出的中频LFM信号进行上变频处理，发射出射频信号。数字AD模块分两部分处理，第一部分完成回波信号的采集，配合后续的信号处理；第二部分完成对DDS模块输出的LFM信号的采集，配合后续的匹配系数生成模块的处理。DDS模块主要根据不同的波形配置完成相应的LFM信号产生。时序控制模块完成AD回波采集时序的控制，以及对LFM信号精确采集的时序控制。匹配系数生成模块完成对采集回的LFM信号进行匹配系数生成。信号处理模块完成下变频、脉冲压缩等一系列的信号处理算法的实现。

本发明依据不同雷达波形参数配置，可以快速响应不同波形对应的回波匹配系数。通过AD回环采集DDS模块生产的LFM信号可以动态地调整最优的回波匹配系数的生成，从而调整雷达在不同的频率上快速响应工作状态。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。

一种基于FPGA的PD雷达脉压匹配系数自适应的装置设计，如图1结构图所示，包括天线前端模块1，数字AD模块2，DDS模块3，时序控制模块4，脉压匹配生成模块5，信号处理模块6组成。

前端天线模块完成在其发射阶段时，将DDS模块生成的LFM信号进行上变频处理，变换成射频信号将其辐射出去。在开关转换到接收阶段时，将正面接收到的回波信号进行一次下变频处理，变换成后续四路中频数字AD可以采集的中频信号。

AD模块第一部分主要完成对天线前端处理后的中频回波信号进行数字采样处理，将采样处理后的数据发送到信号处理模块进行后续处理；第二部分主要完成，对DDS模块输出的中频LFM信号进行采样处理，后续将采样处理后的数据发送到脉压匹配系数生成模块中进行后续的处理。

DDS模块主要完成，对应不同的波形参数配置产生不同的LFM信号。其中一路信号直接接入到天线前端的射频子系统中，完成数字上变频处理；另一路通过时序控制模块，配合单独一路的AD模块将同样的LFM中频信号输入到该AD模块中，完成信号采样处理。

时序控制模块完成由参数所控制的回波时序设计。根据不同参数，进行匹配设计，以此完成由于引入不同配置参数导致的系统时序变更。主要包括：1.根据下发的重复周期参数配置，完成AD采集时间的确定。确保AD在系统波形设计的允许范围内，完成单次回波接收下，最多点数的回波数据采集；2.根据下发的脉冲宽度参数配置，完成DDS模块中最大的脉冲宽度配置，并确保AD回波采集的时序与发射回波生成的LFM信号的时序两者匹配；3.根据以上两种配置参数，完成最优的发射信号时序设计。4.生成采集LFM信号的时序，保证在四路中频AD采集中频回波信号的同时，不影响单独一路LFM信号采集AD的工作时序。总体时序以配置脉冲的重复周期为基准，以脉冲宽度为标准，分离出天线处理机发射开关时序，并且考虑相应的硬件延时，最终确定出适当的天线发射机的工作时序。

脉压匹配系数生成模块完成对当前参数配置下的匹配系数生成。首先将参数DDS模块中生成的LFM信号回环到单独的一路AD上，然后通过时序控制模块生成的控制时序，控制AD采集当前的回环信号。采样处理后的信号进行下变频处理后再做一次FFT变换，变换后的信号最终做一次共轭复数变换即可得到当前参数配置下的匹配滤波系数。

信号处理模块主要完成对四路中频AD采样后的四通道信号进行数字下变频处理。将脉压匹配系数生成模块中的产生的脉压匹配系数与下变频之后的信号进行匹配滤波处理，最后将信号进行脉冲压缩处理得到最终的距离向脉压信号。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。