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1、-范文最新推荐-1 / 16Matlab 基于 FPGA 的旁瓣抑制滤波器设计仿真摘要脉冲压缩技术较好地解决了雷达作用距离和分辨力的矛盾，特别是二相编码信号因其具有近似于图钉型的模糊图，被广泛应用于现代雷达，声纳等系统。但是脉冲压缩处理后产生的距离旁瓣限制了二相编码信号的实际应用。所以，旁瓣抑制是二相编码信号处理的一个关键课题。 随着 FPGA 和 CPLD 的飞速发展，FPGA 的优良性能日益显露，利用 FPGA 来实现旁瓣抑制滤波器系统已成为一种发展趋势。本文首先综述了脉冲压缩的基本原理及其实现方法，讨论了线性调频信号和相位编码信号的特点，并详细分析了二相编码信号的匹配滤波处理系统。接着对
2、二相编码信号的旁瓣抑制技术进行了分析和研究，分别采用线性规划法，凸优化法和改进的 LMS 算法设计了 13 位巴克码的旁瓣抑制滤波器，并用 Matlab 进行了相应的仿真，结果都能够有效地抑制脉压旁瓣。最后，使用 VHDL 硬件描述语言，针对 13 位巴克码失配滤波器的设计，完成了旁瓣抑制滤波器系统的FPGA 实现，实现结果与仿真结果是一致的，说明了系统设计的正确性。8622关键词脉冲压缩二相编码信号旁瓣抑制滤波器线性规划凸优化 LMS 算法 FPGA毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleDesign of the sidelobe suppressionfilter based on FP
3、GAAbstractPulse compression technique has largely solved the contradiction between the radar action distance and differentiate, specially the binary phase-coded signal because of its approximate in the map tacks fuzzy chart, is widely applied in radar, sonar systems. However the sidelobe after pulse
4、 compression has limited the practical application of the binary phase -coded signal. Therefore, -范文最新推荐-3 / 16Sidelobe suppression is a key subject. By the development of FPGA and CPLD ,the excellent performance of FPGA is increasingly obvious. sidelobe suppression filter systems based on FPGAhas b
5、ecome the tendency. 4.1 FPGA 技术 304.2 FIR 滤波器的 FPGA 实现方法 334.3 旁瓣抑制滤波器的实现设计与结果验证 354.4 本章小结 38结论 39致谢 40参考文献 41 1 绪论1.1 研究背景与意义随着空间技术的发展，雷达要观测的目标已脱离地球进入宇宙。对于这种飞行速度极高，飞行路程极远的目标（如卫星，导弹，飞船等）进行观测和跟踪，雷达就应具有探测距离远，测量精度高，分辨能力强的性能。为了提高雷达目标发现能力、测量精度和分辨能力，要求雷达信号具有大的时宽带宽积。对于单载频脉冲，信号的时宽带宽乘积近似于 1，测距精度和距离分辨力同测速精度和
6、速度分辨力以及检测性能之间存在着不可调和的矛盾。所以在匹配滤波器理论指导下，产生了脉冲压缩的概念1。脉冲压缩技术使雷达提高检测能力的同时又不降低距离分辨力，较好地解决了雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，同时也是雷达反隐身、抗电子干扰以及对抗反辐射导弹的重要手段。1.2 研究现状1.3 本文的主要工作与内容安排-范文最新推荐-5 / 16论文的主要工作和内容安排如下：第一章绪论主要讲述本课题的研究背景，简要介绍了雷达的脉冲压缩技术，旁瓣抑制技术和 FPGA 实现技术的发展现状。第二章概述了脉冲压缩的基本原理和数字脉冲压缩技术的实现方法；详细探讨了线性调频信号和二相编码信号的基本原理和信号特点；
7、着重研究了二相编码信号的脉冲压缩处理系统，并以 13 位巴克码为例，仿真分析了巴克码序列的匹配脉压特性。第三章介绍了旁瓣抑制技术的发展概况，对二相编码信号的旁瓣抑制滤波器的设计进行了分析和研究。重点针对 13 位巴克码序列，分别采用了线性规划算法，凸优化法和改进的 LMS 算法设计了失配滤波器来降低旁瓣，并采用 Matlab 进行了仿真，对仿真结果进行了分析和比较。 由于 ，脉冲压缩比又可写为：可以看出，脉冲压缩比等于系统的时宽带宽之积。脉冲压缩信号具有以下优点：（1）可以通过适当的选取波形参量来解决检测能力，距离分辨力和测量精度之间的矛盾。（2）增强了系统的抗干扰能力。大的信号带宽使得有源干
8、扰要增加频带，降低了干扰的谱密度，减小了干扰效果。复杂的脉内调制使普通回答式干扰机的延迟、放大转发过程发生畸变，降低了干扰效果。高的分辨能力增强了消极干扰中识别目标的能力，从而使消极干扰受到一定的抑制。（3）发射信号是大的时宽带宽积信号，由于信号的时宽较大，使得发射机的平均功率得到了充分的利用，提高了发现目标的能力。当然，脉冲压缩处理也会带来一些缺点：-范文最新推荐-7 / 16（1）由于信号时宽较大，因此，增加了雷达的最小作用距离。（2）由于发射信号的调制比较复杂，使得收发系统也复杂化，这样在产生和处理这种信号时难免产生不必要的失真，这种失真使系统的性能变坏。（3）处理系统输出响应存在不希望
9、的旁瓣，需要进行旁瓣抑制。（4）存在一定的距离和速度测量模糊。2.1.2 数字脉压技术脉冲压缩技术是匹配滤波器和相关接收机理论在实际中的应用14。根据脉冲压缩系统实现时的器件不同，脉冲压缩的实现方法分为两类：一类是用模拟器件实现的模拟方式，另一类是采用数字器件实现的数字方式。随着这几年数字技术和大规模集成电路技术的飞速发展，数字化的脉冲压缩系统以其性能稳定、工作方式灵活和易于控制的优点，逐步取代传统上的模拟脉压技术，成为现代脉压系统的发展趋势，在工程中得到了广泛应用。数字技术实现脉冲压缩可以采用时域方法也可以采用频域方法15。一般而言，对于大时宽带宽积信号，用频域脉压较好；对于小时宽带宽积信号
10、，用时域脉压较好。随着集成电路技术的不断发展，各种高速DSP 芯片和各种专用 FFT 芯片的性能越来越好，使用越来越方便，使得频域脉压法得到越来越广泛的应用。 图 2.3 频域数字脉压处理实现结构示意图3. 两种脉压方法的比较对数字脉压技术的时域处理和频域处理进行比较，得出以下结论：（1）时域处理采用 FIR 滤波器实现，因此是数据-范文最新推荐-9 / 16流处理，每输入一个数据就能输出一个数据，当 N个数据全部输入时即可得到脉压峰值；频域处理采用正反 FFT 实现，是数据块处理，只有得到一个雷达重复周期内的全部数据后才可以进行运算。（2）时域处理运算量取决于滤波器的阶数，而频域处理的运算量
11、取决于 FFT 的点数。在时域用横向滤波器实现数字脉压，对于 N 点长度的输入信号，需要进行 次复数乘法，而采用频域快速卷积法实现数字脉压，可以大大减少复数乘法数，两种方法复数乘法次数的对比如下：时域卷积法复数乘法次数： ；频域法复数乘法次数： 。2.2 脉冲压缩信号分析脉冲压缩系统的发射信号17分为线性调频脉压信号、非线性调频脉压信号和相位编码雷达信号三种，下面分别对线性调频信号和相位编码信号进行详细分析。2.2.1 线性调频信号线性调频脉冲压缩信号是研究最早、应用最广泛的一种脉冲压缩信号。这种信号的脉冲压缩波形和信噪比损失对多普勒不敏感，这对动目标的检测十分有用，其研究和应用技术已相当成熟
12、。线性调频信号的数学表达式为：2.11）信号的瞬时频率为： （2.12）由式（2.12）可以看出，信号的瞬时频率与时间 t呈线性关系，因此称为线性调频信号。线性调频信号的复数表达式为：（2.13）其中，T 为脉冲宽度；若信号带宽为 ，则 称为调频斜率； -范文最新推荐-11 / 16线性调频脉冲信号模糊图具有以下特点：（1）它是同样宽度的单载频矩形脉冲模糊图的剪切。调频变化率 K 决定了模糊图剪切角的大小。其中 。（2）模糊图的体积大部分集中在 平面圆点的主峰内，由于剪切效应，主峰呈斜刀刃。（3）在延迟轴方向的体积分布宽度为 2T，在多普勒轴方向的体积分布为无限。（4）离主峰较远的地方可认为
13、，因此在这些区域内不存在模糊和干扰，也可以说不存在“自身杂波”。3. 自相关函数当 时，可以得到线性调频信号的自相关函数：（2.21）因为 ，上式又可写为：（2.22）将 B 归一化为 1，BT1 时，可得（2.23）图 2.8 给出了当 BT 变化时，自相关函数的两种情况。(a)B=3MHz；T=6us(b)B=5MHz；T=12us图 2.8 线性调频信号的自相关函数图可见，线性调频信号的自相关函数是个近似辛格函数的形式，当 BT1 时就逼近真辛格函数。因-范文最新推荐-13 / 16为 的切割面也是匹配滤波器输出的时间倒置，所以线性调频信号的匹配滤波器输出信号也为辛格函数形式。2.2.2 相位编码信号相位编码信号是一种相位调制函数是离散的有限状态的信号。信号通常由伪随机序列构成，因此也称为伪随机编码信号19。伪随机码信号按相移取值数目分为二相编码信号和多相编码信号。采用相位编码信号可以获得比较大的时宽带宽积，从而解决雷达检测能力和距离分辨力之间的矛盾。 根据卷积定理可得，二相编码信号的频谱：因此，二相编码信号的频谱是子脉冲频谱 与附加因子 相乘的结果，附加
