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基于FPGA的低延迟实时脉冲压缩处理方法.docx
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更新于2023-03-16
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FPGA中的FFT核可以用来实现频域算法中所需的FFT和IFFT,其点数是相对固定的,经过FFT(IFFT)处理的延时也是相对固定的,受制于FFT(IFFT)的运算点数,常规算法需要舍弃一段雷达探测距离,同时大点数的FFT(IFFT)运算有很大的处理延时;一般雷达回波信号的长度远远大于发射的脉冲信号长度,基于等效快速卷积的频域算法的优势难以表现,对距离接收窗内的回波进行分段,再通过重叠相加法实现完整回波的脉冲压缩可以通过小点数的脉冲压缩来实现全点数的脉冲压缩;
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基于 FPGA 的低延迟实时雷达脉冲压缩处理方法
一、背景知识
雷达是一种对目标进行测距与测速的设备。为了提高测距精度,要求雷达
脉冲信号具有大的带宽 B;为了提高测速精度,要求雷达脉冲信号具有大的时
宽 T;同时为了提高测距范围,要求信号具有大的能量。一般在系统的发射峰
值功率受限的情况下,大的能量只能通过加大信号的时宽来解决,因此,要提
高雷达发现目标的能力,需要雷达信号具有大的时宽和带宽,大时宽带宽的信
号是通过脉冲压缩处理来实现的。
雷达脉冲压缩即信号的匹配滤波,主要有时域和频域两种算法,由于雷达
脉冲时宽的可变性,时域算法需要设计可变点数的匹配滤波器,基于 FPGA 实
现需要预留最大可能点数的乘法器资源,本文基于频域算法来实现。
二、频域脉冲压缩算法原理框图
图 1 频域脉冲压缩算法原理框图
其中 X(n)为大时宽带宽回波信号,H(n)为大时宽带宽信号。
三、低延迟实时雷达脉冲压缩算法原理
1、FPGA 中的 FFT 核可以用来实现频域算法中所需的 FFT 和 IFFT,其点数是
相 对 固 定 的 , 经 过 FFT(IFFT) 处 理 的 延 时 也 是 相 对 固 定 的 , 受 制 于
FFT(IFFT)的运算点数,常规算法需要舍弃一段雷达探测距离,同时大点数
的 FFT(IFFT)运算有很大的处理延时;
2、一般雷达回波信号的长度远远大于发射的脉冲信号长度,基于等效快速卷
积的频域算法的优势难以表现,对距离接收窗内的回波进行分段,再通过重
叠相加法实现完整回波的脉冲压缩可以通过小点数的脉冲压缩来实现全点数
的脉冲压缩;
3、FFT(IFFT)点数是通过雷达发射脉宽时长与 FPGA 采样率来确定的,假设雷
达发射脉宽对应的点数为
m
,则 FFT(IFFT)点数
N=2
nextpow 2(2∗m )
其中,
nextpow 2(x)
表示最靠近
x
的基数 2 的幂指数。
4、FFT(IFFT)点数是超过雷达发射脉宽点数的,需要通过补零来实现快速卷积
与线性卷积的等效,因此,回波信号的分段长度
M=N +1−m
5、大时宽带宽回波信号的补零点数为
m−1
,大时宽带宽信号的补零点数为
N−m
6、由于雷达回波的持续性,要实时处理,需要通过 FPGA 乒乓操作来实现,
具体实现如下图所示:
图 2 低延迟实时雷达脉冲压缩算法原理
四、FPGA 实现
//==确定 FFT 点数以及补零个数以及回波信号每帧的点数==//
always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
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