基于FPGA的多普勒雷达测速系统设计

为了实现对车辆速度进行高实时性、高精度的测量,设计了一种基于FPGA的多普勒雷达测速系统。系统以Spartan 6系列FPGA作为核心处理器,使用高精度ADC采集微波雷达模块输出的混频信号,将数据通过FPGA进行快速傅里叶变换(FFT)处理并利用Welch算法进行频谱分析,提取出运动车辆的多普勒频移,进而根据多普勒效应计算出被测车辆的运动速度。该设计利用FPGA在并行处理方面的速度优势对算法进行了优化,有效地降低了系统延时、提高了系统的处理速度和实时性。仿真和实验结果表明：系统工作稳定,具有较高的实时性,测量精度小于1km/h。     

相控阵短波发信系统相位校正方案设计

相控阵短波发信系统通过波束合成手段能够实现通信的实时性和按需可控,并且提高通信的稳定性和抗毁性,满足各种条件下的通信要求。提出了相控阵短波发信系统相位校正方案,并且将整个校正过程分为相位控制和交换两个模块。通过对相位控制模块中AD采样、下变频和相位计算的具体设计以及交换模块中DSP和FPGA的具体设计实现了系统的相位校正。最后对仿真数据和实测数据进行比较,验证了本相位校正方案的可行性。     

合成孔径雷达回波模拟器

回波仿真是进行合成孔径雷达(SAR)研究的重要途径,但其计算量巨大,所需的时间较长。为了快速实现合成孔径雷达回波仿真,采用现场可编程门阵列(FPGA)作为主处理芯片,设计了专用于SAR回波信号模拟的实时数字信号处理板卡,并在板卡上编程实现整个回波模拟算法。实际应用结果显示,采用FPGA来实现SAR回波仿真,可以在保证精确度的前提下,大大加快仿真速度。     

CORDIC算法在某瞬时测频中的应用

CORDIC算法是在许多角度计算方面有着广泛应用,通过考虑FPGA的结构、精度局限和速度要求,采用流水线技术（pipeline）,通过在FPGA上用CORDIC算法实现了瞬时测频大吞吐量数据的相位计算。     

星载双站SAR地面场景回波仿真

双站SAR回波仿真利用小面单元模型和Kirchhoff双站后向散射模型,给出了地面场景后向散射系数的计算方法;为了保证双站SAR精确的相位信息,在时域中模拟双站SAR回波。根据实际的DEM数据进行了计算机仿真,对仿真数据进行成像和干涉处理,结果表明,该方法能够逼真地模拟地面场景的双站散射特性和相位信息。     

电离层回波信号的瞬时频率估计

在电离层的探测与研究中,瞬时多普勒频率可以很好地表明多普勒效应随时间的变化情况,从而反映电离层的变化规律.文中采用相位差分和相位建模两种瞬时频率估计方法,对实际电离层斜向返回探测系统的回波信号进行了仿真,并做出了比较分析,结果显示相位建模方法更能准确反映电离层的变化规律.     

基于FPGA超声多普勒计程仪的系统设计与研究

本文借鉴船用多普勒计程仪技术,提出基于FPGA的频谱分析提取速度信息的具体实现进行了研究,完成一种完整的基于FPGA超声多普勒计程仪的系统设计和实现方法,该方法计算精度较高,系统实现简单灵活,为实现高效、准确的陆用超声多普勒计程仪提供了基础。     

基于混合域的SAR回波快速算法

该文提出了一种基于混合域的SAR回波快速算法。该算法利用空变的系统传递函数参与计算,沿距离时域积分计算回波信号2维频谱,从而实现了回波信号的精确仿真。复杂度和性能分析表明,该算法不仅能够在保证较高相位精度情况下有效提高回波仿真速度,而且在2维时域内易于添加运动误差模型。最后针对点阵和面目标进行了仿真,验证了算法的有效性。     

傅里叶变换光谱相位校正的FPGA实现方法

傅里叶变换光谱仪因具有分辨率高等优点已被用于新一代大气垂直探测仪。这种光谱仪获取的数据量很大,只有进行星上数据处理才能降低数据发送量。方法之一是在轨光谱复原。由于非零光程差采样等原因使采样干涉图存在相位差,经傅里叶变换得到的复数光谱需进行相位校正以获得实数谱。FPGA(Field-Programmable Gate Array)是一种很有应用前景的星上数据处理硬件平台。阐述了相位误差的来源及几种相位校正方法。平方根法适于FPGA硬件实现。针对采用传统方法计算平方根时需要很多硬件资源及精度较差的问题,提出采用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法完成复数光谱模值和相位角的计算。重点论述了CORDIC算法的FPGA实现结构,分析了其实现的精度、速度和所需的硬件资源。结果表明,采用CORDIC算法计算,复数光谱的相位和模值具有很好的精度和速度,所需的硬件资源较少。     

OQPSK载波相位捕获算法的改进及数字化实现

论文研究了一种OQPSK数据辅助式载波相位捕获算法.考虑到实际应用中信道噪声对算法性能的影响,对原算法进行了改进,加入了平均运算及保护机制,完成了算法的FPGA实现.仿真及实际运行结果表明:该方案简单易行,无相位模糊问题,仅需少量前导训练码就能快速捕获载波相位,精度较高,满足无线高速突发通信系统快速相位捕获的需要.     

基于FPGA的二维FFT算法在LFMCW雷达信号处理中的应用

线性调频连续波( LFMCW)检测运动目标存在一定难度,利用二维FFT处理技术对目标回波信号相位信息进行提取,可有效抑制固定杂波,实现对运动目标的检测。介绍了线性调频连续波( LFMCW)雷达信号进行多普勒处理的原理以及利用单片FPGA实现多普勒测速雷达信号处理的过程,详细说明了数据的缓存、实数序列FFT的快速算法以及希尔伯特变换等步骤的FPGA实现,最后测试结果表明二维FFT算法能很好的提取出目标的距离和速度。     

基于FFT的高精度相位测量系统设计

针对模拟相位测量电路中存在的精度不高、测量系统体积较大等问题,设计了基于FFT的高精度相位测量系统,该系统以FPGA为控制与运算核心,用16位模数转换芯片AD7606对2路同频信号进行数据采集,采集的数据送至FPGA后,采 用快速傅立叶变换法(FFT)进行相位差计算,结果传输到上位机,采用 ３σ 准则和均值滤波方法剔除粗大测量值后,显示出相位差。经测试,系统的相位测量精度能够达到±0.05°,分辨率达到0.001°,符合预期设计目标,与传统的模拟相位测量法相比,该相位测量系统实现了数字化,集成化,测量精度高,能够满足实际测试要求。     

基于附加信号回波抵消的FPGA实现

针对基于附加信号回波抵消在硬件设计中出现的迭代误差累积导致信道估计不准确和耗费大量FPGA资源的问题,对算法进行了改进。从主径开始估计回波信道的方法,提高了信道估计精度和减少了FPGA资源消耗。然后,在FPGA平台上用硬件语言Verilog HDL对此回波抵消系统加以实现。仿真结果表明此设计在回波抵消方面具有良好的效果。     

基于回波数据压缩的MIMO-SAR成像方法

针对多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)高分辨成像的回波数据量过大问题,提出了一种基于数据压缩的MIMO-SAR成像方法。通过对MIMO-SAR回波数据的分析,补偿了由于MIMO雷达收发分置导致的相位误差;其次利用距离徙动算法(RMA)对回波数据进行预处理并分析了其稀疏性;然后针对预处理后的回波数据进行压缩传输,在接收端利用压缩感知重构算法获得回波数据在距离多普勒域的稀疏表示并进行成像处理。仿真结果表明,所提方法可以在大幅压缩MIMOSAR回波数据的基础上实现准确成像。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

改进的不恢复余数的浮点开方算法的研究与FPGA实现

对一种改进的不恢复余数的开方算法(non-restoring square-root algorithm)进行了讨论,并将其应用于基于IEEE 754标准的32位浮点格式的开方运算中,以一款FPGA为载体,实现了进行运算的基本电路。对目前存在的几种开方算法进行了评述,分析了他们的优缺点,提出了改进的不恢复余数开方算法模块化的设计思路与关键电路,并分析了仿真和逻辑综合的结果,证明了该算法运算速度较快且占用资源极少的特点。     

基于回波的多子带SAR系统载频误差补偿方法研究

为了提高SAR系统的分辨率,在距离向可以通过发射一系列不同载频的窄带信号,通过信号处理的方法实现带宽合成,进而得到等效大带宽信号对应的分辨率。为有效实现带宽合成,要求不同子带回波的载频步进值严格已知,这在某些实际应用环境中,并不能总是满足,因而需要从回波数据中直接估计步进值。该文提出一种基于子带回波数据的载频误差估计与补偿方法。该方法基于压缩后子带回波数据多普勒相位与载频的关系,对子带图像进行干涉处理,提取差分相位,并利用差分相位沿方位向的冗余进行相干积累,获得以实际载频步进值为振荡频率的单频信号,进而通过频谱分析方法得到误差频率,并对子带间相位误差进行补偿。通过该方法,能够实现子带信号的相干合成,提升了SAR数据成像质量。实验数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

高速移动条件下的多普勒频移估计与校正

在遥测遥控通信系统中,经常会遇到发射机或接收机具有很高的移动速度。这将导致接收机接收到的数据包含很大的多普勒（Doppler）频移。多普勒效应使得接收数据的相位发生旋转,这将造成接收信号无法正确解调。对高速移动条件下的数字通信系统中存在的多普勒频移问题进行研究,并对盲估计算法与训练序列估计算法的性能进行比较与分析,并对采用训练序列算法估计频偏和相偏的FPGA实现过程中存在的主要问题进行讨论并提出解决方案。最后,仿真结果表明,所提到的硬件实现算法能够很好地估计和校正频偏与相偏。     

宽带运动目标回波的多普勒特性模拟方法

宽带雷达系统测试和性能评估中目标信息模拟精度和分辨率要求很高。针对宽带线性调频雷达运动目标的回波脉冲内多普勒频率呈现线性调频（LFM）变化特征、回波脉冲之间具有时移分布和相位相干特性的问题,采用基于数字射频存储（DRFM）系统的回波脉冲内LFM多普勒频率调制、多回波相参脉冲信号之间时移模拟的方法。探讨了基于宽带DRFM系统的高精度和高分辨率的运动目标多普勒频率信息实时模拟方法。采用仿真分析和实验验证方法,证实算法性能,运动目标的多普勒频率模拟精度/分辨率在特定条件下可达到Hz级。     

基于并行PO/EEC的ISAR回波生成与成像仿真

为了满足基于模板的逆合成孔径雷达（ISAR）目标识别对海量高分辨模板图像的工程需求,提出了一种基于并行电磁散射特性计算技术的ISAR图像信号级仿真方法。首先,以OpenMP技术为基础采用并行物理光学和等效边缘电磁流对目标的电磁散射特性进行快速计算;其次,以步进频率波形为雷达发射波形结合目标的电磁散射特性生成了宽带雷达回波数据;最后,对使用距离多普勒算法对仿真回波数据进行处理生成ISAR像,并与点阵模型成像结果进行了对比分析。实现了对ISAR图像的信号级快速仿真,对ISAR系统设计与验证、ISAR图像解译和目标识别以及ISAR成像处理等具有重要意义。