本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信，尤其涉及一種基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置。

背景技術(shù)：

1、在雷達(dá)應(yīng)用中，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)并獲取接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻是一個(gè)關(guān)鍵課題。雷達(dá)只有正確地檢測(cè)到接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻，才能做到對(duì)接收信號(hào)完整地接收，不漏掉有用信息。對(duì)于各種雷達(dá)系統(tǒng)，尤其是高精度和高實(shí)時(shí)性應(yīng)用場(chǎng)景，如軍事雷達(dá)、航空管制雷達(dá)和氣象雷達(dá)等而言，高效的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)算法尤為重要。

2、現(xiàn)有的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)方法主要包括頻域檢測(cè)方法和時(shí)域檢測(cè)方法。頻域檢測(cè)方法涉及傅里葉變換和傅里葉逆變換，計(jì)算量大，時(shí)間延遲顯著，并且消耗大量硬件資源，不利于硬件fpga的實(shí)現(xiàn)，因而不適用于實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)。

3、相比之下，時(shí)域檢測(cè)方法利用雷達(dá)信號(hào)本身的頻率特征，在本地產(chǎn)生與雷達(dá)信號(hào)相同的參考信號(hào)，通過(guò)兩信號(hào)在時(shí)域上的相關(guān)累加使脈沖信號(hào)的能量不斷累加，最終出現(xiàn)峰值，從而確定信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。這種方法具有較低的計(jì)算復(fù)雜度和較小的硬件資源消耗，更適合于實(shí)時(shí)性要求高的雷達(dá)系統(tǒng)。

4、相關(guān)檢測(cè)法作為時(shí)域檢測(cè)方法中的一種重要技術(shù)，通過(guò)計(jì)算接收信號(hào)和已知參考信號(hào)之間的相關(guān)性來(lái)檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)。其基本原理是利用已知參考信號(hào)與接收信號(hào)之間的相似性，通過(guò)計(jì)算它們的相關(guān)函數(shù)，來(lái)判斷接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻。具體步驟如下：

5、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波和去噪處理，以減少噪聲和干擾的影響；

6、將接收信號(hào)與已知的參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)函數(shù)，反映信號(hào)在不同時(shí)間延遲下的相似程度；

7、尋找相關(guān)函數(shù)中的峰值，峰值的位置和高度分別反映信號(hào)的到達(dá)時(shí)間和強(qiáng)度；

8、根據(jù)相關(guān)函數(shù)的分析結(jié)果，判斷是否存在目標(biāo)信號(hào)。如果相關(guān)函數(shù)中存在顯著峰值，表明在該延遲下存在與參考信號(hào)相似的接收信號(hào)，可能對(duì)應(yīng)于目標(biāo)回波信號(hào)。

9、盡管相關(guān)檢測(cè)法在硬件領(lǐng)域相較于頻域檢測(cè)方法具有明顯優(yōu)勢(shì)，并已在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛運(yùn)用，但現(xiàn)有的相關(guān)檢測(cè)法計(jì)算效率依然較低，時(shí)間延遲較高。為了解決上述問(wèn)題，提高雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，提出了快速同步檢測(cè)算法。該算法通過(guò)優(yōu)化相關(guān)計(jì)算和信號(hào)處理流程，實(shí)現(xiàn)更高效的信號(hào)檢測(cè)和同步，可以顯著提高雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，為雷達(dá)系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于fpga的線(xiàn)性調(diào)頻快速同步法的通信系統(tǒng)，包括基于fpga的lfm-msk信號(hào)發(fā)生端，用于模擬雷達(dá)信號(hào)輸出，以及基于fpga的lfm-msk信號(hào)接收端，用于驗(yàn)證雷達(dá)信號(hào)的同步解調(diào)效果；

3、所述基于fpga的lfm-msk信號(hào)發(fā)生端包括碼元生成模塊、lfm-msk信號(hào)調(diào)制模塊和射頻模塊；碼元生成模塊用于將信息源進(jìn)行二進(jìn)制編碼調(diào)制，所述編碼調(diào)制包括差分編碼以及串并轉(zhuǎn)換；lfm-msk信號(hào)調(diào)制模塊用于將碼元調(diào)制模塊輸出的信號(hào)處理為頻移最小、相位連續(xù)、載波頻率線(xiàn)性變化并且攜帶信息的數(shù)字信號(hào)；射頻模塊包括濾波器模塊、dac模塊、天線(xiàn)模塊，負(fù)責(zé)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線(xiàn)電形式；

4、所述基于fpga的lfm-msk信號(hào)接收端包括無(wú)線(xiàn)信號(hào)接收端包括射頻接收模塊、基于fpga的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)模塊、相干解調(diào)模塊、差分解碼模塊；所述射頻接收模塊用于將無(wú)線(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；基于fpga的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)模塊得到載波同步信息；所述相干解調(diào)模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行去載波同步以及msk解調(diào)過(guò)程，采用相干平方環(huán)解調(diào)法，將包含載波的數(shù)字信號(hào)解調(diào)為位寬為一的二進(jìn)制信號(hào)；通過(guò)所述差分解碼模塊，對(duì)二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行解碼，得到最終的源碼信息。

5、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：

6、(1)在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)部分，采用并行計(jì)算的算法結(jié)構(gòu)，計(jì)算速度較傳統(tǒng)的相關(guān)檢測(cè)法提高了數(shù)倍，在不影響計(jì)算精度的同時(shí)，大幅度減少了信號(hào)同步所需時(shí)間；

7、(2)并行參數(shù)可調(diào)節(jié)，可以根據(jù)實(shí)際需求增加并行結(jié)構(gòu)數(shù)量提高運(yùn)行速度，或減少并行結(jié)構(gòu)數(shù)量降低功耗，自由度極高，可充分利用fpga內(nèi)部資源；

8、(3)本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域，為雷達(dá)通信系統(tǒng)提供高效的性能支持。

技術(shù)特征：

1.一種基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，包括基于fpga的lfm-msk信號(hào)發(fā)生端，用于模擬雷達(dá)信號(hào)輸出，以及基于fpga的lfm-msk信號(hào)接收端，用于驗(yàn)證雷達(dá)信號(hào)的同步解調(diào)效果；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，fpga內(nèi)部的碼元生成模塊，將待傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)特定規(guī)則以2進(jìn)制進(jìn)行差分編碼，并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述lfm-msk信號(hào)調(diào)制模塊首先對(duì)差分編碼后的兩路數(shù)據(jù)分別使用加權(quán)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理；所述加權(quán)函數(shù)分別表示為：其中，t為時(shí)間，tb為碼元周期；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述射頻接收模塊包括天線(xiàn)模塊、adc模塊、濾波器模塊，負(fù)責(zé)將無(wú)線(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)模塊采用相關(guān)檢測(cè)法，fpga內(nèi)部的運(yùn)算包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述相干解調(diào)模塊，基于得到的載波同步信息，對(duì)adc接收到的lfm-msk數(shù)字信號(hào)進(jìn)行去載波同步以及msk解調(diào)過(guò)程，設(shè)計(jì)采用相干平方環(huán)解調(diào)法，將包含載波的數(shù)字信號(hào)解調(diào)為位寬為一的二進(jìn)制信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于fpga的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)差分解碼模塊解碼后，得到源碼信息；差分解碼的表達(dá)式為：其中，ak為差分編碼解碼后的第k位，bk為經(jīng)過(guò)lfm-msk解調(diào)后得到的差分編碼數(shù)據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA的快速雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)通信裝置，優(yōu)化了FPGA相關(guān)計(jì)算算法流程，旨在解決傳統(tǒng)相關(guān)檢測(cè)法的低效率、高延遲問(wèn)題，本發(fā)明使用基于FPGA的發(fā)送端和接收端，采用模塊化流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)，在發(fā)送端進(jìn)行信號(hào)LFM?MSK信號(hào)調(diào)制，接收端進(jìn)行LFM?MSK信號(hào)的同步與解調(diào)，在雷達(dá)跟蹤信號(hào)檢測(cè)部分，采用并行計(jì)算的算法結(jié)構(gòu)，計(jì)算速度較傳統(tǒng)的相關(guān)檢測(cè)法提高了數(shù)倍，在不影響計(jì)算精度的同時(shí)，大幅度減少了信號(hào)同步所需時(shí)間。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域，為雷達(dá)通信系統(tǒng)提供高效的性能支持。

技術(shù)研發(fā)人員：管雪元,王彥懿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19