CN106526560A - 一种高效的fpga通用mti实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种高效的FPGA通用MTI实现方法，首先获取当前动目标显示需要处理的最大对消脉冲数、脉冲最大点数，然后在FPGA中生成对应个数及深度的FIFO核、复乘核，读取雷达探测动目标得到的回波模拟数据，进行采集、下变频等处理后得到回波模拟数据对应的多脉冲数据，然后将多脉冲数据划分成多个数据，将划分得到的多个数据依次进行延时，并流水化送至各个FIFO核、复乘核，最后分别获取各个复乘核对应的对消系数，进行相乘得到各个复乘结果，对复乘结果进行按位与、叠加运算，得到运算结果，完成动目标MTI。

Description

一种高效的FPGA通用MTI实现方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理技术领域，特别是一种高效的FPGA通用MTI实现方法。
背景技术
雷达探测的运动目标如飞机、导弹、舰艇、车辆等周围存在各种背景，包括不动的地物和运动的云雨、海浪或金属丝干扰等。现有的动目标显示就是一个滤波器，滤去这些背景产生的杂波，从而能够取出运动目标的回波，该目标显示方法就是脉冲对消。
现有的动目标显示技术中大部分都采用了DSP实现动目标显示，也有使用GPU来实现的，这些方法均为串行的工作方式，即使多核并行，往往运算控制机制也不够完善，工作效率不及并行运算的FPGA，在实时性较强的雷达信号处理场景中有较大的劣势。在使用FPGA实现的方法中，有的方法在对脉冲进行缓存时使用的是缓存芯片，此方法对需要较多脉冲数对消的场景搭建成本高，且靠外置芯片缓存不够灵活；有的方法在数据缓存时使用了FPGA内的RAM核，在多脉冲对消时无法完全流水处理，效率会受影响，同时占用FPGA资源相对较多，并且很难适应不同杂波背景需要不同数量脉冲对消的情况。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高效的FPGA通用MTI实现方法，通过FPGA芯片的FIFO核来搭建处理框架，提供对消脉冲数可控的MTI实现方法，解决了不同杂波背景下对消脉冲数通常不同的问题，可以适用于对消脉冲数变化的情况，满足了多种杂波背景下的雷达信号处理需求。
本发明的技术解决方案是：一种高效的FPGA通用MTI实现方法，包括如下步骤：
(1)获取当前动目标显示所需要处理的最大对消脉冲数N、脉冲最大点数M，然后在FPGA中生成N-1个深度不小于M的FIFO核、N个复乘核，将N-1个FIFO核分别记为FIFO_1、FIFO_1、FIFO_1，…，FIFO_N-1，将N个复乘核分别记为第1复乘核、第2复乘核、第3复乘核，…，第N复乘核，其中，N、M为正整数，每个复乘核均对应一个阶数因子；
(2)读取雷达探测动目标得到的回波模拟数据，然后进行采集、下变频、幅度相位校正、速度补偿，得到回波模拟数据对应的多脉冲数据；
(3)将多脉冲数据划分成N个数据并分别记为Pulse_1、Pulse_2、Pulse_3、…、Pulse_N，然后将Pulse_1延时一个PRT后送至FIFO_1、第1复乘核，同时将Pulse_2开始延时一个PRT；所述的PRT为多脉冲数据的脉冲重复周期；
(4)将Pulse_1送至FIFO_2、第2复乘核，将Pulse_2送至FIFO_1、第1复乘核，同时将Pulse_3开始延时一个PRT；
(5)将Pulse_1送至FIFO_3、第3复乘核，将Pulse_2送至FIFO_2、第2复乘核，将Pulse_3送至FIFO_1、第1复乘核，同时将Pulse_4开始延时一个PRT；
(6)将Pulse_1送至FIFO_k、第k复乘核，将Pulse_2送至FIFO_k-1、第k-1复乘核，…，将Pulse_k送至FIFO_k-(k-1)、第k-(k-1)复乘核，同时将Pulse_k+1开始延时一个PRT，其中，k的初始值为4；
(7)k＝k+1直至k＝N，其中，当k为N时，不将Pulse_N+1开始延时一个PRT；
(8)分别获取N个复乘核对应的对消系数，并分别记为coef_1、coef_2、coef_3，…，coef_N，在第k个复乘核中对coef_k、Pulse_k进行相乘，得到复乘结果fac_k，遍历所有的k，k＝1，2，3，…，N；
(9)获取第k个复乘核中脉冲数据的Pulse_N+1-k的位宽，使用第k个复乘核的阶数因子与Pulse_N+1-k进行按位与；
(10)将步骤(9)得到的N个按位与结果进行叠加运算，得到运算结果，完成动目标MTI。
所述的最大对消脉冲数为N在进行地面动目标显示时取值范围为[2-4]，在进行海面动目标显示时取值范围为[4-6]，M不大于8192。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法通过构建流水模型，解决了DSP或GPU实现过程中串行运算效率低与多核运算控制不力的问题，具有并行运算效率高，运算过程好控制的优点；
(2)本发明方法通过控制数据流经FPGA片内FIFO，解决了使用RAM资源无法完全实现流水操作影响效率、使用数据缓存芯片硬件搭建成本高、使用不够灵活的问题，具有流水操作效率高，缓存空间使用灵活的优点；
(3)本发明方法通过提取N脉冲对消系数并相乘，解决了以前的方法使用场景受限的问题，具有参数可控，对消系数可更换的优点；
(4)本发明方法通过脉冲和阶数因子进行按位与操作，解决了之前方法很难适应不同杂波背景需要不同数量脉冲对消的问题，利用阶数因子的不同赋值完成不同阶数脉冲的对消，具有对不同应用场景通用性强的优点。
附图说明
图1为本发明一种高效的FPGA通用MTI实现方法原理图。
具体实施方式
当前主流FPGA集成了大量乘法器和IP核，可以并行处理多路数据，已经广泛应用于雷达信号处理器中，本发明针对现有技术的不足，提出一种高效的FPGA通用MTI(动目标显示，Moving Target Indication)实现方法，充分利用FPGA并行处理和FIFO核的先入先出的流水特性，实现了不同杂波背景下的MTI算法，本发明实现方法如图1所示。
(1)构建流水模型
如果处理要求多种MTI对消模式，则按所需最大对消脉冲数与每个脉冲最大点数构建处理模型，设最大对消脉冲数为N，每个脉冲最多为M个点，根据实际工程经验，处理地杂波的N值为2-4，处理海杂波的N值为4-6，M的值在实际应用时一般都在8192之内。FPGA中需生成N-1个深度大于等于M的FIFO核，N个复乘核，从ROM读取N个复乘系数，设定N个阶数因子相与，并完成N个脉冲的叠加，由此完成脉冲的对消。
(2)数据流经FPGA片内FIFO
①读取回波模拟数据，通过采集缓冲、下变频、幅相校正、速度补偿等各个信号处理模块，得到重排后的多脉冲数据送入MTI模块；
②重排后的数据是一帧多脉冲数据，将其可以划分成Pulse_1-Pulse_N。将Pulse_1送入delay模块，delay模块的延时正好是一个PRT(脉冲重复周期)；
③将delay模块的输出数据送入下一级复乘模块同时送入下一个FIFO，Pulse_1此时一边从delay模块输出一边进入FIFO_1；
④输入的Pulse_2进入delay模块，同时Pulse_1进入FIFO_1模块。一个PRT之后，Pulse_2从delay模块输出进入下一级复乘模块，同时进入FIFO_1，此时控制FIFO_1的读使能将Pulse_1数据送入下一级复乘模块同时流入FIFO_2；
⑤如此流水下去，输入的Pulse_3进入delay模块，同时Pulse_2进入FIFO_1模块。一个PRT之后，Pulse_3从delay模块输出进入下一级复乘模块，同时进入FIFO_1，此时控制FIFO_1的读使能将Pulse_2数据送入下一级复乘模块同时流入FIFO_2。此时控制FIFO_2的读使能将Pulse_1数据送入下一级复乘模块同时流入FIFO_3；
⑥最终控制FIFO_1-FIFO_N-1的读使能使Pulse_1的数据从FIFO_N-1流出，Pulse_2的数据从FIFO_N-2流出，……，Pulse_N-1的数据从FIFO_1流出，Pulse_N的数据从delay模块流出，所有的数据都流向下一级的复乘模块。
(3)提取N脉冲对消系数并相乘
①从FPGA内部的ROM核资源中读出事先根据工程实际产生的N个对消系数coef_1-coef_N；
②对消系数coef_1-coef_N与Pulse_N-Pulse_1分别利用FPGA核资源对应相乘；
③将N个结果分别送入下一级按位与的模块。
(4)脉冲和阶数因子进行按位与操作
①根据需求与数据位宽给阶数因子赋值，阶数因子位宽与上一级流出的数据位宽相同，假设需要的对消脉冲数为X(X≤N)，则给fac_1-fac_X置全’1’，剩下的阶数因子置全’0’，由此阶数因子赋值完成。
②上一阶段与对消系数相乘完成的数据分别和对应的阶数因子进行按位与的操作，将结果输出至下一级模块。
(5)N个脉冲进行对消
将N个脉冲利用FPGA内部的核资源进行逐脉冲逐点叠加运算，运算结果输出至后续MTD模块。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种高效的FPGA通用MTI实现方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)获取当前动目标显示所需要处理的最大对消脉冲数N、脉冲最大点数M，然后在FPGA中生成N-1个深度不小于M的FIFO核、N个复乘核，将N-1个FIFO核分别记为FIFO_1、FIFO_1、FIFO_1，…，FIFO_N-1，将N个复乘核分别记为第1复乘核、第2复乘核、第3复乘核，…，第N复乘核，其中，N、M为正整数，每个复乘核均对应一个阶数因子；
(2)读取雷达探测动目标得到的回波模拟数据，然后进行采集、下变频、幅度相位校正、速度补偿，得到回波模拟数据对应的多脉冲数据；
(3)将多脉冲数据划分成N个数据并分别记为Pulse_1、Pulse_2、Pulse_3、…、Pulse_N，然后将Pulse_1延时一个PRT后送至FIFO_1、第1复乘核，同时将Pulse_2开始延时一个PRT；所述的PRT为多脉冲数据的脉冲重复周期；
(4)将Pulse_1送至FIFO_2、第2复乘核，将Pulse_2送至FIFO_1、第1复乘核，同时将Pulse_3开始延时一个PRT；
(5)将Pulse_1送至FIFO_3、第3复乘核，将Pulse_2送至FIFO_2、第2复乘核，将Pulse_3送至FIFO_1、第1复乘核，同时将Pulse_4开始延时一个PRT；
(6)将Pulse_1送至FIFO_k、第k复乘核，将Pulse_2送至FIFO_k-1、第k-1复乘核，…，将Pulse_k送至FIFO_k-(k-1)、第k-(k-1)复乘核，同时将Pulse_k+1开始延时一个PRT，其中，k的初始值为4；
(7)k＝k+1直至k＝N，其中，当k为N时，不将Pulse_N+1开始延时一个PRT；
(8)分别获取N个复乘核对应的对消系数，并分别记为coef_1、coef_2、coef_3，…，coef_N，在第k个复乘核中对coef_k、Pulse_k进行相乘，得到复乘结果fac_k，遍历所有的k，k＝1，2，3，…，N；
(9)获取第k个复乘核中脉冲数据的Pulse_N+1-k的位宽，使用第k个复乘核的阶数因子与Pulse_N+1-k进行按位与；
(10)将步骤(9)得到的N个按位与结果进行叠加运算，得到运算结果，完成动目标MTI。
2.根据权利要求1所述的一种高效的FPGA通用MTI实现方法，其特征在于：所述的最大对消脉冲数为N在进行地面动目标显示时取值范围为[2-4]，在进行海面动目标显示时取值范围为[4-6]，M不大于8192。
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