文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
超高速数据采集与实时处理系统的设计与实现
姓名:陈长林
申请学位级别:硕士
专业:信息与通信工程
指导教师:付耀文
2010-09
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
线性调频信号是现代高分辨率雷达系统中使用最多的一种大时宽带宽积信
号,其回波通常采用 Stretch 处理后再进行其他实时处理。相比而言,对回波直接
中频采样并进行脉冲压缩等实时处理具有更大的动态空间观测范围以及更加灵活
的实现方式。
本文根据线性调频信号回波在雷达系统中的处理要求,设计并实现了一种中
频直接超高速采集并实时处理的系统。
该系统通过使用 AD08D1500 双通道 ADC 芯片实现最高 3Gbps 8-bit 精度的超
高速采样,实际采样有效位数在 6 位以上。采样数据在 DDR2 SDRAM 内进行缓存。
本文还对通过多通道时间交叉并行采样实现超高速数据采集时由于通道失配引入
的偏置误差、增益误差、时间相位误差的估计算法与纠正方法进行了分析,为采样
系统的扩展提供了基础。
采样数据在 FPGA 上实时进行脉冲压缩与目标恒虚警检测处理。脉冲压缩在
频域进行,其中 FFT 与 IFFT 运算通过使用 FFT IP 核实现,最高运行点数为 65536
点,频域相乘运算通过硬件乘法器实现。提出了具有更高处理速度的频域脉冲压
缩实现方案,可将整个脉冲压缩处理时间比本系统采用方案减少 70%以上。目标
恒虚警检测截取脉压输出数据中有效数据,丢弃无效数据以减轻后续处理压力。
提出了 ML-CFAR、OS-CFAR、双门限检测法以及单脉冲径向积累算法硬件实现方
案。
采样数据或实时处理后的数据可通过 PCI Express 接口上传至上位机或通过光
纤接口传输至其他工作站进行进一步处理。系统各项参数可通过上位机程序中人
机交互界面根据实际工作环境进行设置,并通过 PCI Express 接口传输至 FPGA。
整个系统控制逻辑与数据处理运算在一片 FPGA 内部进行,以 SoC 的思想进
行设计,便于对系统功能进行调整与升级,增强了系统灵活性。

关键词:线性调频,超高速采集,频域脉冲压缩,恒虚警检测,FPGA, SoC
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
Linear Frequency Modulation (LFM) signal is one of the most frequently used
large Time-Bandwidth Product signals in modern high resolution radar systems. Usually
the echo signal is processed in real time after be Stretched. Comparatively, direct
intermediate frequency sampling and real-time processing such as pressing
can realize much wider dynamic observation scope and is more flexible to realize.
According to the requirements of processing LFM signal in a radar system, this
paper proposes and designs an on chip system which can realize the direct intermediate
frequency sampling and real-time processing.
By employing two channels of the AD08D1500 Analog-Digital Converter (ADC),
the system has an ultra-high sampling speed of 3Gsps with 8-bit resolution and its
actual effective number of bits is larger than 6. Sampled data is buffered in DDR2
SDRAM. In order to preparing for the expanding of the sampling system, this paper
analyses the alg