雷达信号采集及处理系统探析

摘 要

本文主要针对雷达信号高速采集和处理系统进行了详尽的分析。在整个系统中，其核心部位为FPGA控制处理模块，同时，结合转换电路实现对信息的及时采集和处理，使得整个电力在结构上达到的简易化，增强了系统的稳定性和可靠性，灵活性得以提高，在减轻自重的同时，实现了成本的降低。本文主要对AD转换器和FPGA控制模块的工作原理进行的系统的分析，介绍了系统设计进程中的一些重要技术。

【关键词】雷达信号 采集 处理 系统

在针对雷达信号进行处理的系统中，要进行目标回波的采集和处理工作，确定准确的位置，明确目标预计和跟踪之间的真实轨迹，对实际的距离和时间的长短进行详尽的记录。随着社会的不断发展，人们对采集系统的要求逐渐增高，尤其是精度和速度方面，逐步实现在存储和处理方面能力的提升。当前，很多雷达数据采集系统的高速性主要是借助DSP+FGPA进行协助控制而实现的。

1 FGPA的显著优势

在速度方面，FGPA更具优势。它具有较高的频率，延时程度低，借助硬盘实现逻辑性的掌控。同时，FGPA也是数据的通道，能够实现对数据的合理分配和处理，将其进行高效传输，运至芯片，保证配置的灵活性。同时，所耗费的时间少，系统比较简易，可以进行讯速地转移，实现成本的降低。为此，借助高速雷达信号采集及处理系统，能够借助FPGA实现对整个系统核心的有效管控。

2 数据采集系统结构介绍

根据实际需要，采集处理系统主要包含如下主要功能：控制AD的转换，对恒虚警进行处理，实现坐标的转换以及单元的合并预处理，而后，将数字信号向芯片的传递，进行更进一步的处理，在上位机上进行集中显示。

2.1 对系统硬件结构介绍

对于系统的硬件，主要包含A/D电路转换、FPGA以及时钟电路。

2.1.1 A/D模块介绍

A/D转换器主要采用了AD芯片，速率为105MHz，信号输入为差号类型，内部包含缓存保持器。鉴于差分输入形式的应用必须将信号调理电力变成差分形式。

2.1.2 FPGA核心控制器介绍

对于数据存储以及对电路的控制，主要依赖FPGA专业技术。同时，借助逻辑器件完成对AD采集电路的有效控制，完成对时钟的合理配置，实现不同信号的有效处理。对于FGPA设计方法，主要是由上至下，依次完成不同模块的代码编写。上电配置主要以串行方式实现。鉴于FPGA为RAM的工艺，如果出现掉电，信息必将丢失。因此，需要设置外置存储器，以实现对信息的有效保存。

2.2 FPGA内部模块软件的设计介绍

在整个系统同，发挥控制作用的就是FPGA，推进系统任务的执行，主要过程为：

（1）采集控制块借助AD转换器，将收集而来的数字信息信号转入FPGA，同时，实现对其它三路信号的引入。其中，视频信号需要经过杂波的处理，在脉冲控制下，存储于RAM中。其次，借助脉冲进行极坐标与之直角标的转换，视频信号在PC机上进行信息的呈现，而后实现视频与位置信息的结合，进行再一次储存，最后将数据读出，并且传送至芯片，进行深度处理。

（2） 在对FGPA进行设计的过程中，要采取同步设计的方式，避免异步设计，这主要源于其内部编程和分布的特征。同步设计的使用能够突破异步的竞争，保证电路运行的可靠性，提升系统速率，与此同时，同步设计也大大降低了设计的难度系数，有利于FPGA的整个运行。

（3）CFAR及滑窗检测器介绍：CFAR主要应用于杂波环境，作用是避免雷达虚警概率变化过于严重，也是有效解决杂波问题的关键性技术。CFAR主要包含两种方式，即时间和空间两种方式。两种方式的共性是都能够对杂波强度进行估计，形成检测门限，尤其适用于空域平稳、时域变化强烈的环境。在FPGA的具体实践过程中，要利用移位寄存器实现对信息的储存，在脉冲控制下，向右移动，对信号进行求和处理，系统工作效率被提升，最后将最大值与检测部位进行比较输出。

（4）对于极坐标至直角坐标的变化，借助光栅显示器，采取逐行或者隔行扫描的方式，扫描点采取直角坐标系的形式，而对于雷达回波信号，主要采取极坐标的方式，而后实现在显示器上的呈现，由此可见，坐标转变问题不容忽视，对于实时雷达信号的收集、保证高效性和高速性至关重要。

（5） 对于RAM和读写功能的控制模块来讲，主要采取乒乓存储传输模式，目的是保证信息采集和处理的连续性。具体方式为：借助IP工具，将FPGA芯片配置RAM。分为两路进行数据的输入，在进行数据采集的时候，一个RAM实现对信号置高的控制，另外一个RAM控制信号置低，以此类推，循环操作，实现数据的缓存和传输，达到数据的连续性和全面性。在针对RAM进行读写控制的时候，重要的目标就是通过对RAM 的写时钟，也就是进行采样的AD采样时钟，达到量的转换。在进行雷达视频的时候，根据现实状况，进行量程的不同选择。因此，采样时钟的作用是实现对量程的变换。

3 结束语

本文主要借助FPGA技术，实现了对雷达视频信号数字化的全方位处理，彰显高速性的特征。整个系统的控制中心为FPGA，设计方式比较灵活，具有较高的集成度，功耗较低，使用时间不长，同时成本也实现了降低。随着科技的不断发展，FPGA技术将日益强大，能够更大程度上促进雷达信号采集和处理系统的不断完善。

参考文献

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[2]朱文发，柴晓冬，郑树彬，李立明，罗永建. 基于LabVIEW的惯性测量单元信号采集及处理系统设计[J]. 计算机测量与控制，2012，06：1697-1698+1706.

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[4]赵博.非相干散射雷达信号采集与存储技术研究[D].西安电子科技大学，2012.

作者单位

1.中国空空导弹研究院 河南省洛阳市 471009

2.驻中国空空导弹研究院军事代表室 河南省洛阳市 471009