CN111090093A - 一种基于fpga的pd雷达发射波形配置方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于FPGA的PD雷达发射波形配置方法及装置，所述装置包括：参数解析模块，用于接收波形配置参数，将其解析为所需要的格式；时序控制模块，用于确定天线发射机的发射时序；DDS回波生成模块，用于生成LFM信号；匹配系数生成模块，用于得到当前配置参数下的匹配滤波系数；回波脉压处理模块，用于自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数并进行脉冲压缩处理；数据传输模块，用于将脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP。根据本发明的方案，能够根据不同场景环境和用户需求，半自动化地完成最优的回波目标检测，任意配置适应的回波波形，满足不同探测威力与探测精度。

Description

一种基于FPGA的PD雷达发射波形配置方法及装置
技术领域
本发明涉及PD雷达领域，尤其涉及一种基于FPGA的PD雷达波形配置方法及装置，特别涉及一种基于FPGA的动态PD雷达发身波形可参数化配置的方法及装置。
背景技术
PD雷达的主要性能指标是探测威力、探测精度。而这些主要性能指标受到PD雷达发射的波形影响，主要表现为受PD雷达发射波形的重复周期、脉冲宽度、脉冲积累数的影响。
在常用的PD雷达系统中，一般只支持单一波形的发射，因此PD雷达的发射波形的重复周期、脉冲宽度、脉冲积累数都是固定的，会导致PD雷达的探测性能受到制约。即导致探测精度和探测距离受到PD雷达系统的设计限制固化成为一组固定的参数。这种单一波形的PD雷达系统设计方案无法快速响应环境及用户需求的改变。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于FPGA的PD雷达发射波形配置方法及装置，所述方法及装置，用以解决现有技术中PD雷达系统都是单一波形的技术问题。
根据本发明的第一方面，提供一种基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，参数解析模块、时序控制模块、DDS回波生成模块、匹配系数生成模块、回波脉压处理模块、数据传输模块。
所述参数解析模块，用于接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
所述时序控制模块，用于根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
所述DDS回波生成模块，用于根据上位机下发的配置参数以及所述时序控制模块生成的天线发射机发射时序生成LFM信号；
所述匹配系数生成模块，用于将所述DDS回波生成模块输出的LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
所述回波脉压处理模块，用于获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
所述数据传输模块，用于将所述回波脉压处理模块处理后的脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP，以便后续的CFAR处理。
进一步地，所述配置参数包括回波重复周期、脉冲宽度、回波积累数。
进一步地，所述配置参数的位宽为16字位，由32个16位位宽的数据组成一个配置组，代表所述配置组支持最大32个不同的俯仰波位设计。
进一步地，所述控制模块根据上位机下发的重复周期参数，根据约束条件AD在所述PD雷达系统波形设计的允许范围内完成单次回波接收下，最多次的回波数据采集来确定回波AD采集时间；根据上位机下发的脉冲宽度参数，完成DDS回波生成模块中最大的脉冲宽度配置，并使AD回波采集的时序与发射回波生成的LFM信号的时序相匹配；根据上位机下发的所述重复周期参数、脉冲宽度参数，确定发射信号时序；基于回波的重复周期及回波脉冲宽度确定总体时序，再分离出开线处理机发射开关时序，并做硬件延时处理，确定出天线发射机的发射时序。
进一步地，所述DDS回波生成模块发射的LFM信号是模拟的信号。
进一步地，将所述DDS回波生成模块生成的LFM信号回环到单独的一路AD上，然后修改时序，使AD采集当前的回环信号；采集后的信号进行DDC处理后再做一次FFT变换，变换后的信号做一次共轭复数变换即可得到当前配置参数下的匹配滤波系数，再将得到的所述匹配滤波系数暂时缓存到ROM。
进一步地，所述数据传输模块采用的是Serial Rapied IO高速接口。
进一步地，所述数据传输模块的脉冲压缩结果包括脉冲压缩处理后的回波信号数据与相应的状态数据。
根据本发明第二方面，提供一种基于FPGA的PD雷达发射波形配置方法，基于如前所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述方法执行以下步骤：
步骤S401：接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
步骤S402：根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
步骤S403：根据上位机下发的配置参数以及天线发射机发射时序生成LFM信号；
步骤S404：将LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
步骤S405：获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
步骤S406：将脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP。
根据本发明的上述方案，根据上位机的参数配置，可以快速更改固定中频的需要发射的LFM信号的带宽，以满足不同的探测精度。同时，通过参数的配置实现更改AD采样时间长度，从而调整PD雷达探测的距离。并且可以实时修改脉冲积累数，达到改变探测速度分辨率的需要。能够根据不同场景环境和用户需求，半自动化地完成最优的回波目标检测，任意配置适应的回波波形，满足不同探测威力与探测精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：
图1为本发明一个实施方式的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置的总体架构图；
图2为本发明一个实施方式的匹配系数生成模块的工作框图；
图3为本发明一个实施方式的回波点数补齐到基2点数的原理图；
图4为本发明一个实施方式的基于FPGA的PD雷达发射波形配置生成方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先结合图1说明本发明的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置的总体架构，图1示出了根据本发明的一个实施方式的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置的总体架构图。如图1所示：
所述基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置的FPGA芯片为xilinx公司7系列FPGA芯片；所述基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置包括参数解析模块1、时序控制模块2、DDS回波生成模块3、匹配系数生成模块4、回波脉压处理模块5、数据传输模块6。
所述参数解析模块，用于接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
所述时序控制模块，用于根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
所述DDS回波生成模块，用于根据上位机下发的配置参数以及所述时序控制模块生成的天线发射机发射时序生成LFM信号；
所述匹配系数生成模块，用于将所述DDS回波生成模块输出的LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
所述回波脉压处理模块，用于获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
所述数据传输模块，用于将所述回波脉压处理模块处理后的脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP，以便后续的CFAR处理。
所述参数解析模块，用于接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
所述配置参数包括：回波重复周期、脉冲宽度和回波积累数；所述配置参数的位宽为16字位，由32个16位位宽的数据组成一个配置组，代表所述配置组支持最大32个不同的俯仰波位设计。此外，根据需要，最大俯仰波位可以进行相应的扩展。
进一步地，本实施例中，所述配置参数经由上位机配置后暂时缓存在FPGA的寄存器中，直到下一次新的配置参数到来时，刷新所述寄存器中的数据。
所述时序控制模块，用于根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
所述时序控制模块生成由配置参数控制的回波时序。本实施例中，所述时序控制模块根据上位机下发的配置参数进行匹配设计，以完成由于不同配置参数导致的PD雷达系统的时序变更。具体地，所述控制模块根据上位机下发的重复周期参数，根据约束条件AD在所述PD雷达系统波形设计的允许范围内完成单次回波接收下，最多次的回波数据采集来确定回波AD采集时间；根据上位机下发的脉冲宽度参数，完成DDS回波生成模块中最大的脉冲宽度配置，并使AD回波采集的时序与发射回波生成的LFM信号的时序相匹配；根据上位机下发的所述重复周期参数、脉冲宽度参数，确定发射信号时序；基于回波的重复周期及回波脉冲宽度确定总体时序，再分离出开线处理机发射开关时序，并做硬件延时处理，确定出天线发射机的发射时序。
所述DDS回波生成模块，用于根据上位机下发的配置参数以及所述时序控制模块生成的天线发射机发射时序生成LFM信号；
所述匹配系数生成模块，用于将所述DDS回波生成模块输出的LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
以下结合图2说明本发明的匹配系数生成模块的工作原理。
所述DDS回波生成模块发射的LFM信号是模拟的信号，将所述DDS回波生成模块生成的LFM信号回环到单独的一路AD上，然后修改时序，使AD采集当前的回环信号；采集后的信号进行DDC处理后再做一次FFT变换，变换后的信号做一次共轭复数变换即可得到当前配置参数下的匹配滤波系数，再将得到的所述匹配滤波系数暂时缓存到ROM，便于后续的匹配滤波使用。
所述回波脉压处理模块，用于获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
以下结合图3说明本发明的回波点数补齐到基2点数的工作原理。
FFT的回波点数需要为2的整数倍，但由于配置参数的设置原因，可能无法保证采集的回波点数是基2的(即为2的整数倍)。因此，本实施例中，在处理数据时自动将AD采集的回波点数向上补齐到基2点数，以便后续的FFT与IFFT设计。例如，如图3所示，AD采集891个点，是需要将该数据后面添加133个零占位，凑齐基2点数，本实施例中基2点数设置为1024。133是通过1024-891确定的。然后进行一系列FFT与IFFT，最终得到处理完成的脉压结果。
所述数据传输模块，用于将所述回波脉压处理模块处理后的脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP，以便后续的CFAR处理。
本实施例中，所述数据传输模块采用的是Serial Rapied IO高速接口，所述脉冲压缩结果包括脉冲压缩处理后的回波信号数据与相应的状态数据。
下面结合图4说明本发明的基于FPGA的PD雷达发射波形配置方法，图4示出了根据本发明的一个实施方式的基于FPGA的PD雷达发射波形配置方法的流程图。如图4所示：
步骤S401：接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
步骤S402：根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
步骤S403：根据上位机下发的配置参数以及天线发射机发射时序生成LFM信号；
步骤S404：将LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
步骤S405：获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
步骤S406：将脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述装置包括：参数解析模块、时序控制模块、DDS回波生成模块、匹配系数生成模块、回波脉压处理模块和数据传输模块。
所述参数解析模块，用于接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
所述时序控制模块，用于根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
所述DDS回波生成模块，用于根据上位机下发的配置参数以及所述时序控制模块生成的天线发射机发射时序生成LFM信号；
所述匹配系数生成模块，用于将所述DDS回波生成模块输出的LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
所述回波脉压处理模块，用于获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
所述数据传输模块，用于将所述回波脉压处理模块处理后的脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP，以便后续的CFAR处理。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述配置参数包括：回波重复周期、脉冲宽度和回波积累数。
3.如权利要求2所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于：所述配置参数的位宽为16字位，由32个16位位宽的数据组成一个配置组，代表所述配置组支持最大32个不同的俯仰波位设计。
4.如权利要求2所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述控制模块根据上位机下发的重复周期参数，根据约束条件AD在所述PD雷达系统波形设计的允许范围内完成单次回波接收下，最多次的回波数据采集来确定回波AD采集时间；根据上位机下发的脉冲宽度参数，完成DDS回波生成模块中最大的脉冲宽度配置，并使AD回波采集的时序与发射回波生成的LFM信号的时序相匹配；根据上位机下发的所述重复周期参数、脉冲宽度参数，确定发射信号时序；基于回波的重复周期及回波脉冲宽度确定总体时序，再分离出开线处理机发射开关时序，并做硬件延时处理，确定出天线发射机的发射时序。
5.如权利要求1所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述DDS回波生成模块发射的LFM信号是模拟的信号。
6.如权利要求5所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，将所述DDS回波生成模块生成的LFM信号回环到单独的一路AD上，然后修改时序，使AD采集当前的回环信号；采集后的信号进行DDC处理后再做一次FFT变换，变换后的信号做一次共轭复数变换即可得到当前配置参数下的匹配滤波系数，再将得到的所述匹配滤波系数暂时缓存到ROM。
7.如权利要求1所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述数据传输模块采用的是Serial Rapied IO高速接口。
8.如权利要求1所述的基于FPGA的PD雷达发射波形配置装置，其特征在于，所述数据传输模块的脉冲压缩结果包括脉冲压缩处理后的回波信号数据与相应的状态数据。
9.一种利用如权利要求1-8之任一项的PD雷达发射波形配置装置进行PD雷达发射波形配置的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：
步骤S401：接收上位机下发的波形配置参数，将其解析为FPGA处理所需要的格式；
步骤S402：根据配置参数生成回波时序及控制AD采集时序，确定天线发射机的发射时序；
步骤S403：根据上位机下发的配置参数以及天线发射机发射时序生成LFM信号；
步骤S404：将LFM信号回环到AD上，将通过AD采集后的信号进行FFT变换，再进行共轭复数变换，得到当前配置参数下的匹配滤波系数，并将所述匹配滤波系数暂存到ROM中；
步骤S405：获取采集配置参数后的回波信号数据，自动将AD采集的回波点数补齐为基2点数，对补齐后的回波信号数据进行脉冲压缩处理；
步骤S406：将脉冲压缩结果通过调整接口传输到DSP。
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