模塊化FPGA設計在某雷達接收機中的應用

0 引言
目前基于FPGA和DSP結構的軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)被廣泛應用在數字接收機設計中，雷達接收機領(lǐng)域的數字化技術(shù)也在日趨發(fā)展，如何借助數字化的軟硬件優(yōu)勢設計出易實(shí)現、靈活，并滿(mǎn)足不同性能指標和目的的數字接收機成為工程設計的焦點(diǎn)。本文結合某連續波測速雷達數字接收機的設計實(shí)現，給出了一種基于模塊化的FPGA設計方案，并在此基礎上重點(diǎn)討論了信號處理模塊的設計。

1 雷達接收機概述
雷達接收機的任務(wù)是通過(guò)適當的濾波將天線(xiàn)上接收到的微弱高頻信號從伴隨的噪聲和干擾中選擇出來(lái)，并經(jīng)過(guò)放大和檢波后，送至顯示器、信號處理器或由計算機控制的雷達終端設備。雷達接收機可以按應用、設計、功能和結構等多種方式來(lái)分類(lèi)。但是，一般來(lái)說(shuō)可以將雷達接收機分為超外差式、超再生式、晶體視放式和調諧高頻式等4種類(lèi)型，其中超外差式雷達接收機具有靈敏度高、增益高、選擇性好和適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際中在很多的雷達系統中都獲得應用。超外差式雷達接收機的簡(jiǎn)化方框圖如圖1所示。

2 數字中頻接收機原理
由于受器件水平的制約，數字接收技術(shù)目前還難以在射頻頻段直接實(shí)現，一般在中頻進(jìn)行數字化。目前所說(shuō)的數字測速即是利用中頻數字鎖相環(huán)來(lái)完成多普勒頻率的提取及測量。數字中頻接收機主要由數字化正交處理單元、數字載波鎖相環(huán)和自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)組成。

中頻經(jīng)A／D采樣后的數字信號與數控振蕩器(NC0)產(chǎn)生的數字正交信號分別進(jìn)行數字混頻，各經(jīng)過(guò)FIR數字低通濾波器，得到I、Q兩路數字窄帶信號。I、Q兩路信號分別作為數字信號的實(shí)部和虛部，做FFT分析，估算出多普勒信息，輸出頻率控制碼控制NCO輸出，實(shí)現快速載波頻率引導。I路信號再經(jīng)過(guò)低通濾波器(LF1)完成數字濾波，控制NCO的輸出頻率，從而構成數字鎖相環(huán)，在頻率引導成功后實(shí)現對載波信號的快速捕獲與跟蹤。環(huán)路鎖定后從環(huán)路濾波器輸出可以提取出多普勒信息。Q路信號經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器(LF2)，通過(guò)I、Q提取輸入信號的幅度信息，實(shí)現信號的AGC控制。

3 模塊化設計在FPGA的具體應用
本接收機主要功能是完成連續波雷達的測速和測角任務(wù)，設計時(shí)在保證指標的前提下，貫徹簡(jiǎn)潔至上的原則；并且盡量采用先進(jìn)、成熟的數字處理技術(shù)和軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，貫徹模塊化、通用化、系列化、組合化設計原則，確保系統先進(jìn)、穩定、可靠。中頻數字接收機是整個(gè)接收機部分的核心，設計時(shí)遵循簡(jiǎn)潔、靈活的特點(diǎn)，盡量減少硬件電路的功能，使其結構簡(jiǎn)潔，降低設計和實(shí)現的難度，而把復雜的處理交由軟件完成。