基于FPGA的高频雷达频率监测信道研制

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高频雷达工作的短波频段电磁环境较为复杂且时变性强。频率监测系统作为高频雷达的一个功能子系统,能监控雷达工作频段内电磁环境的变化情况,为雷达系统实时选取最优工作频率。早期的高频雷达频监信道与探测信道均采用专用数字化接收芯片搭配DSP信号处理机的方式进行实现,该种架构虽然能完成信号处理的任务需求,但制作费用高且灵活性差。随着软件无线电与FPGA技术的不断发展,采用以FPGA为核心的接收系统结合通用服务器作为雷达信号处理机的全新架构,成为了主流的高频雷达实现方案。本文针对紧凑型高频雷达系统的实际需求,设计并制作了一套高频雷达频率监测系统。借鉴软件无线电系统的设计理念,从高频雷达频率监测系统功能出发,将信道整体划分为“信号预处理”与“频监信号处理”两大部分,分别在FPGA板卡与通用服务器上完成相应的功能。对于频监信道的信号预处理部分,本文采用射频直接采样架构,并以循环本振扫频的方式对雷达工作频段电磁环境信息进行实时获取。在分析常用多速率信号处理模块特性的基础上,制定了一套贴合系统需求的多级级联滤波抽取方案。采用Matlab与ISE设计软件互联的方式仿真验证了设计方案的可行性,最终结合以FPGA芯片为核心处理器的QT1138板卡,实现了包括数字下变频与FFT在内的多种频监信道信号预处理功能。对于频监信号处理部分,本文首先介绍了频监信号处理的具体步骤与时序方案,重点研究了“频监抗冲击”与“频率初选”阶段的频监信号处理算法,借助雷达实测数据对目标算法性能进行了验证与分析。最终实现了对板卡上传电磁环境数据的分析与处理,完成了“频率初选”阶段工作频率的推荐,使频监信道功能得以实现。
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