基于FPGA IP核的線(xiàn)性調頻信號脈沖壓縮

近年來(lái)，隨著(zhù)現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)在雷達信號處理中的廣泛應用以及FPGA芯片技術(shù)的發(fā)展，為大家提供了一種較好解決數字脈壓的途徑。其中，利用IP核設計FPGA數字系統成為一種趨勢，這些知識產(chǎn)權核可以大大簡(jiǎn)化FPGA的設計，加快設計速度，縮短研發(fā)周期，而且經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化，IP核具有了更好的精度和更快的運算速度，實(shí)際的工程應用效果很好。

　　本文以此為出發(fā)點(diǎn)，對線(xiàn)性調頻信號的脈沖壓縮進(jìn)行了研究，仿真，并提出了一種采用IP核設計脈沖壓縮的方法。

　　1 線(xiàn)性調頻信號的脈沖壓縮

　　1.1 脈沖壓縮的實(shí)現原理

　　脈沖壓縮可以采用“共軛濾波器對”的匹配濾波法和相關(guān)處理法。匹配濾波法對應于頻域相乘，相關(guān)處理法對應于時(shí)域卷積。依據傅里葉變換理論：時(shí)域卷積等效于頻域乘積。因此這兩種方法是等效的，只是一種方法在頻域實(shí)現，而另一種方法在時(shí)域實(shí)現?？紤]到運算量，工程上一般采用頻域法，可以利用快速FFT算法提高計算速度，然后將雷達回波與匹配濾波系數的頻域響應相乘，再經(jīng)過(guò)IFFT處理得到脈沖壓縮結果。匹配濾波系數只與發(fā)射信號有關(guān)，預先可知，一般預先算好。

　　1.2 線(xiàn)性調頻信號的脈沖壓縮

　　一般在時(shí)寬帶寬積BT>30時(shí)，可以近似認為線(xiàn)性調頻信號具有矩形振幅頻譜，因此其匹配濾波器也應該具有矩形帶通振幅特性。線(xiàn)性調頻信號的匹配濾波器的近似頻率特性可描述為：

　　可以看出，線(xiàn)性調頻的脈沖壓縮結果具有sine函數形狀。主瓣寬度為1/B，第一旁瓣電平約為-13.2 dB。如果是多目標環(huán)境，較大的旁瓣會(huì )埋沒(méi)附近的小目標信號，為了抑制旁瓣，可以采用加權技術(shù)。其實(shí)質(zhì)就是對信號進(jìn)行失配處理以抑制旁瓣，其副作用是使輸出信號的主瓣降低并展寬。

　　1.3 理論仿真

　　設匹配濾波器的輸入信號是線(xiàn)性調頻I/Q基帶信號，帶寬為40 MHz，采樣頻率為100 MHz，脈沖寬度為6μs，信號幅度為1，通過(guò)Matlab對其進(jìn)行脈沖壓縮仿真。圖1中是輸入的I/Q基帶信號波形以及脈壓后的結果。從圖中可以看到脈壓后產(chǎn)生的窄脈沖，波形具有sine函數性質(zhì)，除主瓣外，時(shí)間軸上還有延伸的一串副瓣;還可看出，經(jīng)過(guò)海明加權后，第一副瓣比主瓣下降約40 dB，但主瓣寬度也有相應的展寬。如圖2所示。

　　2 脈沖壓縮系統設計

　　該系統的主要功能是對線(xiàn)性調頻I/Q基帶信號進(jìn)行高速采集，然后在FPGA中實(shí)現線(xiàn)性調頻信號的脈沖壓縮，之后通過(guò)D/A變換器輸出脈壓結果，監測脈壓后的波形。