雷达信号采集处理器的FPGA设计研究.pdf

简介：
本论文探讨了在雷达信号处理中FPGA的设计与应用，深入分析并实现了雷达信号采集和处理的功能优化及硬件实现。 在雷达技术领域，设计高速的数据采集处理系统是一项至关重要的任务。该系统不仅需要快速收集目标回波信号，还需要准确地解析这些数据来确定目标位置，并预测及追踪其运动轨迹。为此，本研究开发了一个基于FPGA（现场可编程门阵列）的雷达信号处理器。 在这一设计方案中，FPGA作为核心控制和处理单元与AD9054芯片为核心的模数转换电路相结合，形成了整个系统的核心架构。由于具备高时钟频率及低内部延迟的优势，所有逻辑控制均能在硬件层面实现。这使得FPGA成为雷达信号处理中的关键组件。 在具体应用中，它不仅能够分配和预处理数据，并且可以作为协处理器使用。其特点包括集成度高、体积小以及功耗低等优点，这些特性对于构建高速的雷达信号采集与处理系统至关重要。 从硬件角度来看，该系统的前端主要由AD转换电路、核心控制器FPGA及时钟电路构成。其中，采用的是8位分辨率200MHz采样频率并具备135MSPS变换速率和350MHz模拟带宽的高速模数转换器AD9054芯片作为关键部件。 在数据存储与逻辑控制模块的设计中，我们采用了XILINX公司的可编程逻辑器件XC2S100-PQ208来实现对AD采集电路的管理、时钟配置以及信号处理算法的应用。这款设备拥有强大的内部资源如2700个逻辑单元和600个CLB，并且具备3.3V/5V兼容性，功耗也相对较低。 系统设计采用自顶向下的方法进行模块化编程实现，在上电时采取串行从模式对FPGA进行配置。此外，考虑到断电后数据丢失的问题，我们使用了XC18V01 FLASH工艺芯片作为外部存储器来保存程序代码。 通过结合高速的模数转换技术和灵活多变的FPGA处理模块，本研究提出的雷达信号采集处理器不仅提升了系统的采样速度和精度，并且简化电路设计、增强了灵活性与可靠性的同时降低了成本。此设计方案为未来雷达信号处理器的发展提供了新的思路和技术途径。