基于距离徙动校正的弹速补偿FPGA实现方法.doc
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1、基于距离徙动校正的弹速补偿FPGA实现方法针对高速运动平台弹速补偿的实时性要求,在基于距离徙动校正(Range Cell Migration CompensaTIon,RCMC) 的思想上提出了一种弹速补偿的FPGA实现方法。将距离徙动校正的思想用于弹速补偿,提高了相参积累后的信噪比,并在FPGA中完成硬件实现,仿真实验表明使用FPGA实现弹速补偿方法具有实时性高、处理速度快、精度高等有优点。高速飞行器具有重要的战略意义和极高的应用价值,其具有全球攻击、机动作战等特点,特别是在远程打击、快速突防、电子压制、对地侦察和预警等方面极具发展潜力1。目标检测性能优劣是实现高速运动飞行器对目标精确打击的
2、关键。对于高速运动飞行器而言,雷达导引头接收到的各脉冲回波间,由于平台速度引入了不可忽略的距离走动,严重降低相干积累后的检测前信噪比,从而直接影响整个雷达导引头的探测性能,因此必须对弹速产生的距离徙动进行补偿。近年来,现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术飞速发展,集成度越来越高,功耗、成本不断降低,特别是在并行处理、流水线设计、可重构等方面具有独一无二的优势,使其逐渐在雷达信号处理领域中占据重要地位。本文使用FPGA对距离徙动校正算法进行了硬件实现,具有实时性高,处理速度快,精度高等特点2-3。1 RCMC算法弹载雷达弹速补偿方法采用
3、了RCMC的思想,本节将从信号模型的角度对RCMC原理简要地阐述4。假设一弹载雷达发射一串载频为f0,带宽为B,脉冲持续时间为Tp的线性调频信号,发射的脉冲串信号可表示为:距离徙动校正(RCMC)是通过补偿各次脉冲的时间延迟TI,使得第i(i=2,3,N)个脉压输出时域信号峰值位置按第一个脉冲对齐。第i次脉冲的RCMC补偿因子的频域形式可表示为:综上,只需对距离压缩后的回波信号在频域乘以一个距离徙动校正因子Hi(f),就可以去掉距离走动效应。所以弹速补偿的实现方法的核心问题就是让硬件来运算式(11)。2 算法的FPGA实现由于FPGA在并行处理、流水线设计、可重构等方面的优势,使其相对于DSP
4、等处理器更适合来运算式(11)。具体的实现方法按流程上可分为三步来做,第一步是将时域信号变为频域信号;第二步在频域下乘以Hi(f);第三步将运算结果逆变为时域信号。显然,第一步和第三步使用FFT和IFFT即可实现,并且FFT和IFFT算法的FPGA实现已很成熟,所以实现方法的核心问题就是实现第二步。在做RCMC之前首先要在FPGA内做数字下变频和脉冲压缩,由于距离徙动校正和脉压有紧密的互联结构,在硬件设计中,特别是同步设计上,往往要将这两者综合考虑,所以本设计中将脉压和距离徙动校正封装在一个模块内。接下来按照功能来介绍,先对脉冲压缩进行简要介绍,再对距离徙动校正作详细介绍。图1为距离徙动校正模
5、块的系统框图。RCMC模块的顶层的输入输出很简洁,输入输出端口与式(11)、式(16)中的参数的映射关系如表1所示。2.1 脉冲压缩的FPGA实现脉冲压缩在时域下是回波信号与匹配滤波器的冲击响应的卷积,而在频域下为乘积运算,便于硬件实现。所以本设计中采用频域下相乘的方法来实现时序脉冲压缩。将输入的两路正交回波信号DIN_RE和DIN_IM进行FFT运算,XILINX提供了免费的FFT IP核,所以这里直接在FPGA工程中调用一个FFT IP。将DVIN与FFT的start引脚连接,将输入数据DIN_RE、DIN_IM与FFT的xn_re,xn_im连接。然后将经过FFT运算后的两路频域数据与量
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