[发明专利]一种基于FPGA的任意雷达波形在线设计方法

说明书

本发明提出了一种基于FPGA的任意雷达波形在线设计方法，上位机101根据设置的雷达波形参数，生成零频信号波形数据，并通过网络发送给发射波形存储器102，发射波形存储器102的数据经过上变频模块103提升至中频发射信号，并输出至雷达发射模块，实现任意波形生成。上位机101生成脉冲压缩系数的频域数据，通过网络存储至脉冲压缩系数存储器104，脉冲压缩模块105根据脉冲压缩系数存储器104的值对雷达回波进行脉冲压缩，其中脉冲压缩模块使用了优化结构的频域脉冲压缩算法，降低硬件消耗，以低延迟，高吞吐量的方式完成脉冲压缩。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，特别是雷达波形在线更改设计方法。

背景技术

传统的雷达发射波形设计需要根据应用要求和场景设计优化，脉冲宽度，信号带宽，信号形式一般是固定的。然而根据实际的雷达安装场地的不同以及同一部雷达面对不同的应用需求(比如海浪测量，溢油检测)，固定的发射波形设计往往无法满足所有的应用需求。在某些安装场地，比如对于有补盲脉冲的雷达，如果安装场地离需要观测的区域较远，此时补盲脉冲不但无用，还占用发射时序。此时固定的发射波形无法合理的利用雷达能量，充分发挥雷达效能。

对于脉压体制雷达，改变信号形式的同时需要脉冲压缩滤波器的系数也需要随之更改。根据脉冲压缩理论：

h[n]＝x[n]·w[n]

其中，y[n]为脉冲压缩滤波器输出，x'[k]为雷达回波数据，h[n]为对应的脉冲压缩滤波器系数，x[k]为波形零频IQ数据，w[n]为匹配网络加权序列。上述公式也可以使用频域计算：

y[n]＝IFFT(FFT(x'[k])·FFT(h^*[n-k]))

设x'[k]的长度为M,h[n]长度为N，频域计算脉冲压缩FFT点数需要大于等于M+N-1。如果雷达探测范围较大，则回波数据x'[k]较长，则M较大，因此需要使用大点数的FFT实现频域脉冲压缩。传统的频域脉压使用的是固定点数的FFT频域脉压算法，对于大点数的FFT处理，不仅消耗处理资源，同时处理时间也会大大增加。

上述问题可以通过重叠相加法解决，重叠相加法的FFT点数仅需不小于两倍的滤波器长度即可，与处理的数据长度无关。然而重叠相加法需要对处理数据补N个零，降低处理速度，形成数据流的延迟间隔，导致算法无法实时流水处理。

发明内容

本发明的目的在于设计一种应用于雷达信号处理当中的基于FPGA的任意雷达波形在线设计方法，提供一种优化结构的频域脉冲压缩方法，本方法使用重叠相加法计算，通过优化结构提高算法处理的吞吐量，减少资源消耗和处理时间，为在线更改雷达波形提供了一种更好的信号处理解决方案。

实现本发明目的的技术解决方案为：

1、通过上位机界面设计波形，并将零频波形数据发送给FPGA；FPGA将零频波形数据上变频至中频，并用DA转换成模拟信号，通过TR组件发射出去。

2、雷达接收通道中，AD转换器采集TR的下变频信号，其中AD转换器应满足带通采样定理。FPGA获取AD数据后，完成正交下变频，将数据下变频至零频信号。其中下变频滤波器带宽和抽取值，满足系统设计波形的最大带宽。

3、假设脉冲压缩滤波器h[n]长度为N，上位机对h[n]进行2N点的FFT得到H[W]，并通过网络将H[W]发送给FPGA，FPGA将系数存入RAM当中。