【摘 要】
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基于数字波束合成的雷达信号侦测算法在FPGA上的实现能够对多个目标形成波束,实现精确的角度估计,具有重要的研究价值,其中数字波束合成技术在信号侦测中起到了至关重要的影
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基于数字波束合成的雷达信号侦测算法在FPGA上的实现能够对多个目标形成波束,实现精确的角度估计,具有重要的研究价值,其中数字波束合成技术在信号侦测中起到了至关重要的影响。本文通过理论仿真,方案论证和硬件实现完成了雷达信号侦测算法中数字波束合成和比幅测向算法的FPGA实现。本文的设计目标是在上位机的控制下实现对接收通道的幅相校正,宽带输入信号的数字波束合成和目标的角度估计。首先介绍了数字波束合成技术的基本原理,之后针对角度估计算法进行了介绍,提出了基于贝叶斯压缩感知的角度估计算法,并对该算法进行了仿真实验比对,最后从算法可实现角度考虑,在方案中采用了经典的比幅测向方法。方案中采用基于空间重采样的恒定束宽波束合成器同时生成16个波束,该波束合成器能够对宽频带的输入信号生成固定主瓣宽度的数字波束,克服了宽带信号在合成波束时发生频移的现象,能较好的适用于工程应用中复杂的信号环境;测向时通过比较找到16个波束中的最大波束及次大波束,得到相应的比幅值。之后与测向库中的比幅值进行对比,找到匹配的比幅值后即可确定相应的目标角度。其中测向库的数值可通过实际测试得到。该方法尽管测向精度有待改善,但理论成熟,资源消耗小,能满足实时性要求,便于工程实现。方案中使用了Xilinx公司生产的Virtex-7系列FPGA芯片,该芯片在上位机的控制下实现了对16个阵元接收通道的幅相标定校正,数字波束合成,固定频点测向及宽带测向的功能。实验测试证明该方案能稳定的生成16个指向的波束,覆盖-45度到+45度空间区域,并成功的实现了在频段800MHZ~4960MHZ对频宽为60MHZ信号的角度估计,最终的角度估计均方误差达到了0.17度,满足方案设计指标要求。
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