基于FPGA IP核的線(xiàn)性調頻信號脈沖壓縮
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2.1 系統硬件平臺 該系統硬件平臺主要包括：差分驅動(dòng)電路，A/D采集電路、FPGA電路、晶振等電路、電路結構框圖如圖3所示。 FPGA采用的是Xilinx公司的芯片XQ2V1000，其配置芯片為Xilinx公司的PROM芯片XQ18V04，以主動(dòng)串行方式對FPGA進(jìn)行上電配置。差分驅動(dòng)電路選用ADI公司的AD8138，A/D、D/A電路分別為ADI公司的14位高速模/數轉換芯片ADS5500和14位高速數/模轉換芯片DAC5675A。硬件電路的設計注重細節：I/Q兩通道傳輸線(xiàn)設計時(shí)保證線(xiàn)長(cháng)相等，使得I/Q時(shí)延帶來(lái)的相位誤差一致;采用DCI(DigitaUy Controlled Impe-dance)端接技術(shù)，在FPGA的每個(gè)bank上外接兩個(gè)參考電阻來(lái)對該bank的每個(gè)I/O管腳實(shí)現端接，減少外接電阻的數量，實(shí)現阻抗匹配，提高系統的穩定性;做好電源濾波，對元器件進(jìn)行合理布局，布線(xiàn)，對模擬信號和數字信號進(jìn)行有效隔離，減小信號間串擾。 2.2 軟件設計流程 整個(gè)脈沖壓縮處理在時(shí)間上是順序的，是典型的數據流驅動(dòng)的系統，即先進(jìn)行FFT，復乘然后是IFFT及FIFO輸出，脈沖壓縮的總時(shí)序關(guān)系見(jiàn)圖4。該系統實(shí)現1 024點(diǎn)的脈沖壓縮，算法上采用基于IP核的設計方法。主要用到了FFT核，乘法器核以及單口Block Memory核，這些IP核的應用及脈沖壓縮的具體實(shí)現如下所述。 2.2.1 FFT運算 對于長(cháng)度為N的時(shí)域序列X(n)的離散傅里葉變換為X(k)： FFT算法主要是利用旋轉因子exp(-j2πnk/N)的周期性和對稱(chēng)性的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)的算法，可以有效地減小運算量。Xilinx公司的FFT核利用Cooley-Tukey算法實(shí)現FFT/IFFT運算，最高支持216點(diǎn)長(cháng)度的運算，可以實(shí)現流水線(xiàn)型、基4、基2三種結構，蝶形運算后可選擇對數據順序輸出還是倒序輸出，對IP核進(jìn)行不同的配置，可以實(shí)現資源和運算速度的最優(yōu)化。在此選用基4蝶形運算，對于1 024點(diǎn)數據，需要5級蝶形運算。 Xilinx公司的FFT核的參數通過(guò)GUI界面(見(jiàn)圖5)進(jìn)行設置，可設置的參數包括FFT點(diǎn)數，運算實(shí)施方法，輸入數據位數等，設置完畢后點(diǎn)擊Generate可即時(shí)生成代碼。 硬件描述語(yǔ)言采用VHDL，使用時(shí)程序中要對器件初始化并進(jìn)行定義，FFT核的器件定義語(yǔ)句見(jiàn)圖6。 2.2.2 匹配濾波系數產(chǎn)生 根據匹配濾波理論，對于一個(gè)確定的輸入信號，匹配濾波系數就是這個(gè)輸入信號的頻譜的復共軛，系數可以通過(guò)Matlab預先計算出來(lái)并以二進(jìn)制的文件格式進(jìn)行存儲。此處計算時(shí)可以進(jìn)行加權處理，在系數中乘以窗函數即可。 通過(guò)Xilinx公司的單口Block Memory核，可以把Matlab產(chǎn)生的存儲文件加載進(jìn)去。當程序運行時(shí)，根據使能控制信號，把匹配濾波系數數據(1 024點(diǎn))依次讀取出來(lái)，送入乘法器進(jìn)行后續運算。BlockMemory核的參數設置通過(guò)GUI界面進(jìn)行，可即使生成代碼。 2.2.3 乘法運算 乘法運算部分完成FFT后數據與匹配濾波系數數據的復數乘法運算。根據復數的乘法規則。 (A+aj)(B+bj)=(AB-ab)+(Ab+aB)j 兩個(gè)復數的乘法運算實(shí)際上包括了4個(gè)實(shí)數的乘法運算，因此，此部分的設計用到了4個(gè)乘法器核。Xilinx公司的乘法器核支持補碼運算，可輸入A，B兩路數據，每路的輸入數據長(cháng)度可達64 b。乘法器核的參數設置也是通過(guò)GUI界面進(jìn)行，可即使生成代碼。 2.2.4 IFFT運算 IFFT運算的處理單元和FFT的處理單元采用相同的結構來(lái)實(shí)現。具體的實(shí)現方法是，在做IFFT運算前，先交換輸入數據的實(shí)部和虛部，然后送入FFT處理單元按照FFT結構進(jìn)行運算，得到運算結果后，再對其實(shí)部和虛部進(jìn)行交換，然后除以運算點(diǎn)數1 024，就可以得到IFFT后脈沖壓縮的運算結果。 
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