模塊化FPGA設(shè)計(jì)在某雷達(dá)接收機(jī)中的應(yīng)用

0 引言
目前基于FPGA和DSP結(jié)構(gòu)的軟件無(wú)線電技術(shù)被廣泛應(yīng)用在數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì)中，雷達(dá)接收機(jī)領(lǐng)域的數(shù)字化技術(shù)也在日趨發(fā)展，如何借助數(shù)字化的軟硬件優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)出易實(shí)現(xiàn)、靈活，并滿(mǎn)足不同性能指標(biāo)和目的的數(shù)字接收機(jī)成為工程設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。本文結(jié)合某連續(xù)波測(cè)速雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，給出了一種基于模塊化的FPGA設(shè)計(jì)方案，并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)討論了信號(hào)處理模塊的設(shè)計(jì)。

1 雷達(dá)接收機(jī)概述
雷達(dá)接收機(jī)的任務(wù)是通過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波將天線上接收到的微弱高頻信號(hào)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(hào)處理器或由計(jì)算機(jī)控制的雷達(dá)終端設(shè)備。雷達(dá)接收機(jī)可以按應(yīng)用、設(shè)計(jì)、功能和結(jié)構(gòu)等多種方式來(lái)分類(lèi)。但是，一般來(lái)說(shuō)可以將雷達(dá)接收機(jī)分為超外差式、超再生式、晶體視放式和調(diào)諧高頻式等4種類(lèi)型，其中超外差式雷達(dá)接收機(jī)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(dá)系統(tǒng)中都獲得應(yīng)用。超外差式雷達(dá)接收機(jī)的簡(jiǎn)化方框圖如圖1所示。

2 數(shù)字中頻接收機(jī)原理
由于受器件水平的制約，數(shù)字接收技術(shù)目前還難以在射頻頻段直接實(shí)現(xiàn)，一般在中頻進(jìn)行數(shù)字化。目前所說(shuō)的數(shù)字測(cè)速即是利用中頻數(shù)字鎖相環(huán)來(lái)完成多普勒頻率的提取及測(cè)量。數(shù)字中頻接收機(jī)主要由數(shù)字化正交處理單元、數(shù)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(shù)字信號(hào)與數(shù)控振蕩器(NC0)產(chǎn)生的數(shù)字正交信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)字混頻，各經(jīng)過(guò)FIR數(shù)字低通濾波器，得到I、Q兩路數(shù)字窄帶信號(hào)。I、Q兩路信號(hào)分別作為數(shù)字信號(hào)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(xiàn)快速載波頻率引導(dǎo)。I路信號(hào)再經(jīng)過(guò)低通濾波器(LF1)完成數(shù)字濾波，控制NCO的輸出頻率，從而構(gòu)成數(shù)字鎖相環(huán)，在頻率引導(dǎo)成功后實(shí)現(xiàn)對(duì)載波信號(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器(LF2)，通過(guò)I、Q提取輸入信號(hào)的幅度信息，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的AGC控制。

3 模塊化設(shè)計(jì)在FPGA的具體應(yīng)用
本接收機(jī)主要功能是完成連續(xù)波雷達(dá)的測(cè)速和測(cè)角任務(wù)，設(shè)計(jì)時(shí)在保證指標(biāo)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(shù)字處理技術(shù)和軟件無(wú)線電技術(shù)，貫徹模塊化、通用化、系列化、組合化設(shè)計(jì)原則，確保系統(tǒng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠。中頻數(shù)字接收機(jī)是整個(gè)接收機(jī)部分的核心，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，降低設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的難度，而把復(fù)雜的處理交由軟件完成。