基于FPGA的多通道近距离测距雷达设计

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近距离测距雷达长期以来,被应用于军事发展和国防建设的多个领域,其利用电磁波散射的特性,通过提取和分析探测物体反射回波中的信息,对与探测物体之间的距离进行判断。为了达到对探测物更准确的定位效果,往往需要利用多个通道对回波信号进行接收和分析。而在多通道近距离测距雷达系统中,由于涉及多个通道数据的处理,因此需要系统设计具备数据容量大、实时处理能力强、测量精度高的特点。此外,为了便于携带和应对多变的应用环境,还需要系统具备集成度高、体积小、易维护和易升级的特点。多通道近距离测距雷达系统通过对多个通道的测量值求均值,从而达到降低距离测量误差的目的,但系统中普遍存在以下两个问题:各通道回波信号幅度、相位的不一致,以及回波信号中除了目标信号外还夹杂着噪声和杂波。传统的设计方式多采样DSP来解决这些问题,但这样的设计会使得硬件系统相对固定,不便于后期的维护和功能的升级。为解决这一问题,本设计从实际工程出发,提出了一种基于FPGA的多通道近距离测距雷达设计。本设计主要对经过特殊手段处理后的雷达回波信号如何实现距离测量这一问题进行研究,其中涉及到雷达回波信号的采集、幅度和相位的校准以及距离的测量,因此可将系统划分为:采样模块、参数计算模块和数字信号处理模块。综合系统需求、测量精度及设计成本等多方面因素考虑,最终采用ADC+FPGA+ARM的结构进行设计。其中ADC用于对雷达回波中信号的采集,ARM负责幅度、相位校准参数的计算,FPGA完成数字下变频、滤波、数据的幅相校准及最终的距离测量。本文主要完成的工作如下:(1)通过对应用背景和相关技术手段的研究,提出了基于FPGA的多通道近距离测距雷达设计,根据系统需求分析给出了对应的设计方案。本系统主要由采样模块、参数计算模块和数字信号处理模块构成。(2)在采样模块中,利用AD9652对信号进行采集,将回波中连续的模拟信号转化为数字信号,便于在FPGA中进行处理。(3)在参数计算模块中,通过ARM读取未经校准的正交I、Q数据,计算出幅度、相位校准的参数。(4)在数字信号处理模块中,先通过数字下变频、滤波、恒虚警检测等手段,实现对采集的数据中目标信号的提取,从而减少噪声和杂波对测距结果的影响,在此基础上再进行探测距离的计算,使结果更具有说服力。通过系统测试,验证了本设计能够实现预设的各项功能,且各指标满足本系统的设计需求。同时,本系统具有高集成度、丰富的逻辑资源、易维护和易升级等优点,设计中的幅度、相位校准的方法具有通用性,可移植于其他平台的多通道的雷达接收系统中。
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