基于FPGA的数字脉冲压缩系统实现

　　0 引言

　　脉冲压缩体制在现代雷达中被广泛采用，通过发射宽脉冲来提高发射的平均功率，保证足够的作用距离;接收时则采用相应的脉冲压缩算法获得脉宽较窄的脉冲，以提高距离分辨力，从而能够很好地解决作用距离和距离分辨力之间的矛盾问题。线性调频(LFM)信号通过在宽脉冲内附加载波线性调制以扩展信号带宽，从而获得较大的压缩比。所需匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，因此LMF信号在日前许多雷达系统中仍在广泛使用。

　　本文基于快速傅里叶IP核可复用和重配置的特点，实现一种频域的FPGA数字脉压处理器，能够完成正交输入的可变点LFM信号脉冲压缩，具有设计灵活，调试方便，可扩展性强的特点。

　　1 系统功能硬件实现方法

　　该系统为某宽带雷达系统的数据采集和数字脉冲压缩部分。系统要求在1个脉冲重复周期(PRT)内完成距离通道的数据采集及1 024点的数字脉冲压缩，并在当前PRT将脉压结果传送至DSP，其硬件结构如图1所示。

　　数据采集系统主要包括前端的运算放大器和模/数转换器。运算放大器选用ADI公司的AD8138，将输入信号由单端转换为差分形式以满足ADC的输入需求，并且消除共模噪声的影响。模/数转换器选用TI公司的ADS5500，具有14 b的分辨率和125 MSPS的最高采样率，用来对输入LFM信号进行60 MHz的高速采样。

　　数字脉冲压缩模块在FPGA中实现，FPGA选用Xilinx公司的XQ2V1000芯片。在对输入采样数据进行脉冲压缩后，结果存储于FPGA片内的双口RAM中，并向DSP发送中断信号。DSP在接收到中断信号后读取RAM中的脉压数据进行主处理。

　　2 脉冲压缩模块的设计和实现

　　2.1 脉冲压缩原理

　　数字脉冲压缩技术是匹配滤波和相关接收理论的实际应用，频域的匹配滤波等效于时域的相关接收。基于匹配滤波理论实现数字脉冲压缩的原理如图2所示。

　　图2中θ(f)为发射信号的非线性相位谱，接收的回波信号在经过匹配滤波后，非线性相位谱得到校正。输出的窄脉冲为：

　　匹配滤波器有一个重要的特性：对波形相同而幅度和时延不同的信号具有适应性。也就是说，与信号s(t)匹配的滤波器，对信号as(t-τ)也是匹配的。回波信号s(t)在波门中的位置反映在脉压结果峰值出现的位置，这也是利用雷达脉冲进行测距的主要依据。

　　2.2 脉冲压缩原理

　　脉冲压缩模块包括FFT、与IFFT单元、复数乘法单元以及存储单元，其结构框图如图3所示。其中，FFT和IFFT单元是通过复用Xilinx公司提供的快速傅里叶变换IP核来实现的，而硬件乘法器则为复乘提供了解决途径。