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脈沖壓縮原理及FPGA實(shí)現
作者：
時(shí)間：2010-12-23
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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下面，給出仿真信號模型，并在Matlab下進(jìn)行仿真，以分析加權前后的影響。仿真模型：脈沖寬度為150μs，調頻帶寬為2 MHz，采樣周期為0．1μs，加權方式為海明加權。圖2給出了采用加權函數前和采用海明加權函數后的脈沖壓縮波形圖。
通過(guò)海明加權，主副瓣比大大改善，即副瓣得到了顯著(zhù)的抑制。雖然海明加權后帶來(lái)了一定的信噪比損失，但匹配濾波器的性能得到了大大的提高。
2 分布式算法原理及4階FIR濾波器的設計
2．1 分布式算法原理
分布式算法(DA)是一種以實(shí)現乘累加運算為目的的運算方法，它與傳統乘加運算的不同在于執行部分積運算的先后順序不同。傳統算法是在完成乘加功能時(shí)，等到所有乘積產(chǎn)生之后，再進(jìn)行相加來(lái)完成乘加運算的。而分布式算法則是通過(guò)將各輸入數據的每一對應位產(chǎn)生的部分積預先進(jìn)行相加，形成相應部分積，然后對各部分積進(jìn)行累加，形成最終結果的。與乘累加算法相比，分布式算法可極大地減少硬件電路規模，降低設計的復雜度，極大地提高可靠性和可操作性。分布式算法由串行、并行和串并結合而構成的分布式算法。串行分布式算法是逐位的執行，每個(gè)時(shí)鐘周期只能執行1位，速度比較慢；并行分布式算法是1個(gè)時(shí)鐘周期完成1個(gè)字的運算，速度比較快；串并結合的分布式算法
1次可以執行多位，但是需要多個(gè)時(shí)鐘周期才能完成1個(gè)字的運算，控制起來(lái)比較復雜。
根據分布式算法的原理得出采用FPGA實(shí)現分布式算法的硬件結構，如圖3所示。
圖3中寄存器完成數據寄存，查找表完成數據查找運算，加權累加器完成查表之后的加法。為了保證信號的完整性，即減少輸出毛刺，在數據輸出前用寄存器寄存一個(gè)時(shí)鐘周期然后輸出。
2．2 4階FIR濾波器的設計
本文的脈沖壓縮是通過(guò)并行分布式算法來(lái)實(shí)現的。從圖3可以得出，4階的FIR濾波器主要由移位寄存器、查找表和累加器組成。4為模塊的濾波器階數，那么查找表中應有24個(gè)存儲單元，如果濾波器階數過(guò)多，查找表規模隨階數的增加成指數遞增，因此階數較大時(shí)要分割查找表，分割查找表可以節省存儲資源，有利于成本和資源的節約。
要使4階FIR濾波器完成數據的輸入、串／并轉換、查表和加權累加，因為是有符號數的運算，所以要考慮累加最高位運算符號。FIR濾波器是線(xiàn)性濾波器，低階濾波器的輸出集合相加，形成一個(gè)高階FIR濾波器的輸出。因此，在設計低階FIR時(shí)，必須有2個(gè)輸出，一個(gè)用于FIR運算的輸出，另一個(gè)輸出數據用于下一個(gè)FIR濾波器的運算。為了保證信號的完整性，在程序設計時(shí)，對輸入／輸出數據進(jìn)行了寄存處理。
下面給出一個(gè)4階的FIR濾波器設計實(shí)例。輸入數據為12位有符號數，匹配濾波系數為12位有符號數，4階FIR的仿真波形如圖4所示。仿真結果與Matlab仿真結果完全一致，說(shuō)明設計是完全正確的。
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