相移波束形成的FPGA实现

【摘要】：随着电子技术的不断进步,可编程逻辑器件向着高集成度、大容量、高速、低功耗、低价位的方向迅猛发展。其中,FPGA(现场可编程门阵列)更以其资源丰富、并行度高、设计灵活的特点在系统控制和数字信号处理方面展现出了巨大的优势,广泛应用在民用及军事的诸多领域。 本文以Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VLX15型FPGA芯片为平台,研究了相移波束形成算法的FPGA实现。波束形成广泛应用在雷达、声呐、移动通信、医学等领域,具有定向发射和接收信号、目标方位测定等用途。窄带的相移波束形成算法结构简单,结合移位边带波束形成的方法使系统的采样率大大降低。算法的结构主要包括FIR(有限脉冲响应)滤波器和FFT(快速傅里叶变换)两个核心模块。 论文首先通过MATLAB仿真确定相移波束形成算法中涉及的参数,得到正确的仿真结果。然后进行算法的FPGA程序设计,得到了正确的仿真结果。其中,对FIR滤波器模块和FFT模块使用IP(知识产权)核和硬件描述语言两种方法分别进行了设计。FIR滤波器模块设计应用直接乘累加和分布式算法两种方法分别实现；FFT模块设计采用高效的基4算法,使用级联处理结构,并应用了块浮点算法。最后,在硬件平台上对相移波束形成算法的FPGA程序进行了验证。 通过功能仿真和硬件实现,验证了本文所设计的程序的正确性。