毫米波雷达回波模拟及中频数字化接收机FPGA设计

【摘要】：本课题以毫米波雷达为背景进行目标回波模拟以及中频数字化接收机实现。主要研究线性调频脉冲信号和调频步进两种雷达体制下目标回波模型，分析这两种信号处理方法，得出调频步进信号一维距离像有距离走动和扩散现象，并用模拟信号源验证其回波波形及频谱，随后，基于毫米波雷达数字中频接收理论，采用多相滤波法解决毫米波雷达传统接收技术存在的运算量大，I/Q通道正交性能差的问题。本课题主要工作概括如下： (1)针对毫米波目标回波模型，分析线性调频脉冲串信号和调频步进信号的回波模型，并设计系统波形参数。重点分析调频步进信号一维距离像，由于受调频因子和步进频因子影响，对于运动目标一维距离像产生波峰走动，波形展宽等现象。最后通过仿真验证运动对线性调频脉冲串信号和调频步进信号一维像产生的影响。 (2)在原有模拟信号源条件下，扩充雷达体制，针对线性调频脉冲串信号和调频步进信号这两种不同体制信号进行回波模拟，并进行了实验验证。 (3)针对传统正交接收技术具有运算量大，I/Q通道正交性能差的问题，应用数字正交接收理论，设计了基于多相滤波法的中频数字正交化通道，解决了滤波器阶数过高的问题。通过分析多相滤波法，得出信号经过奇偶抽取符号变换之后采样率降为原来的一半，I/Q两路信号在时域上相差半个个周期，并从仿真得出基于多相滤波法的数字正交化的正交性能良好。 （4）基于FPGA数字正交双通道处理的算法流程，设计出本文中频数字化接收机的设计模块，针对奇偶抽取符号变换之后I/Q两通道时间上的错位使I/Q两路没有正交的问题，通过设计一个状态机使两路保持一致，并用延时全通滤波器使两路信号达到正交的目的，最后低通滤波模块抑制系统中信号干扰。