模塊化FPGA設計在某雷達接收機中的應用

0 引言
目前基于FPGA和DSP結(jié)構(gòu)的軟件無線電技術(shù)被廣泛應用在數(shù)字接收機設計中，雷達接收機領域的數(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)勢設計出易實現(xiàn)、靈活，并滿足不同性能指標和目的的數(shù)字接收機成為工程設計的焦點。本文結(jié)合某連續(xù)波測速雷達數(shù)字接收機的設計實現(xiàn)，給出了一種基于模塊化的FPGA設計方案，并在此基礎上重點討論了信號處理模塊的設計。

1 雷達接收機概述
雷達接收機的任務是通過適當?shù)臑V波將天線上接收到的微弱高頻信號從伴隨的噪聲和干擾中選擇出來，并經(jīng)過放大和檢波后，送至顯示器、信號處理器或由計算機控制的雷達終端設備。雷達接收機可以按應用、設計、功能和結(jié)構(gòu)等多種方式來分類。但是，一般來說可以將雷達接收機分為超外差式、超再生式、晶體視放式和調(diào)諧高頻式等4種類型，其中超外差式雷達接收機具有靈敏度高、增益高、選擇性好和適用性廣等優(yōu)點，實際中在很多的雷達系統(tǒng)中都獲得應用。超外差式雷達接收機的簡化方框圖如圖1所示。

2 數(shù)字中頻接收機原理
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現(xiàn)，一般在中頻進行數(shù)字化。目前所說的數(shù)字測速即是利用中頻數(shù)字鎖相環(huán)來完成多普勒頻率的提取及測量。數(shù)字中頻接收機主要由數(shù)字化正交處理單元、數(shù)字載波鎖相環(huán)和自動增益控制(AGC)環(huán)組成。

中頻經(jīng)A／D采樣后的數(shù)字信號與數(shù)控振蕩器(NC0)產(chǎn)生的數(shù)字正交信號分別進行數(shù)字混頻，各經(jīng)過FIR數(shù)字低通濾波器，得到I、Q兩路數(shù)字窄帶信號。I、Q兩路信號分別作為數(shù)字信號的實部和虛部，做FFT分析，估算出多普勒信息，輸出頻率控制碼控制NCO輸出，實現(xiàn)快速載波頻率引導。I路信號再經(jīng)過低通濾波器(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)，在頻率引導成功后實現(xiàn)對載波信號的快速捕獲與跟蹤。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路信號經(jīng)過一個低通濾波器(LF2)，通過I、Q提取輸入信號的幅度信息，實現(xiàn)信號的AGC控制。

3 模塊化設計在FPGA的具體應用
本接收機主要功能是完成連續(xù)波雷達的測速和測角任務，設計時在保證指標的前提下，貫徹簡潔至上的原則；并且盡量采用先進、成熟的數(shù)字處理技術(shù)和軟件無線電技術(shù)，貫徹模塊化、通用化、系列化、組合化設計原則，確保系統(tǒng)先進、穩(wěn)定、可靠。中頻數(shù)字接收機是整個接收機部分的核心，設計時遵循簡潔、靈活的特點，盡量減少硬件電路的功能，使其結(jié)構(gòu)簡潔，降低設計和實現(xiàn)的難度，而把復雜的處理交由軟件完成。