《電子技術應用》
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基于FPGA的雷達雜波速度譜圖的實現(xiàn)方法
來源：電子技術應用2013年第12期
王平安1，潘瑞云2，周希辰2
1.南京信息工程大學 電子與信息工程學院，江蘇 南京210044； 2.中船重工第七二四研究所，江蘇 南京210003
摘要： 在雷達信號處理中，為了對低速運動雜波進行有效的抑制，研究了一種雜波速度譜圖的建立方法。此雜波速度譜圖的建立在FPGA中實現(xiàn)，通過對雷達實際回波數(shù)據(jù)在FPGA中的處理得到運動雜波速度圖。實驗結果表明，該方法設計出的雜波速度譜圖與仿真結果一致，可以有效地抑制靜止和慢速運動的雜波。并且由于超大規(guī)?？删幊唐骷母咝幚砟芰?，使其工程實現(xiàn)方便、靈活，具有很強的實用性。
中圖分類號： TN957.51
文獻標志碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)12-0049-03
Realization of moving clutter′s velocity map based on FPGA
Wang Ping′an1，Pan Ruiyun2，Zhou Xichen2
1.College of Electrics and Information Engineering, Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044，China； 2.NO.724 Research Institute of CSIC，Nanjing 210003，China
Abstract： In order to restrain the low-speed clutter effectively in radar signal processing, a method of generating clutter′s velocity map is studied. This clutter’s velocity map is realized by FPGA, based on the real radar echo data processing in FPGA. The experimental results show that the clutter′s velocity map can suppress the stationary and slow moving clutter effectively. By the way, due to the high processing ability of large scale programmable device, its engineering realization is convenient, flexible, and it has a strong practicability.
Key words : moving clutter；clutter suppression；velocity map；FPGA

    雜波和干擾的有效抑制已經(jīng)成為雷達信號處理的一個主要研究方向?，F(xiàn)代雷達面臨的雜波環(huán)境相當復雜，普通的動目標對消系統(tǒng)主要是對固定的地物雜波有一個很好的抑制效果，但對像氣象、海浪、箔條等具有一定速度的運動雜波而言，雜波譜的中心會偏離零多普勒頻率，如不采取有效措施，將無法很好地消去這類雜波[1-2]。因此考慮到雜波的運動性、區(qū)域性及時變性，為自適應地抑制低速運動雜波，建立動態(tài)雜波速度譜圖是一個很好的選擇。

    現(xiàn)有的文獻對雜波輪廓圖和雜波幅度圖研究較多[3-6]。雜波輪廓圖可以用來選擇正常支路和MTD(或MTI)相參處理支路，在雜波輪廓圖內(nèi)的數(shù)據(jù)采用相參信號處理后輸出，在雜波輪廓圖之外的部分采取正常支路輸出，從而提高弱小目標在弱雜波或無雜波條件下的檢測能力[6]。雜波幅度圖可以用在恒虛警檢測中。參考文獻[7]和參考文獻[8]對三維立體雜波圖的形成與應用進行了研究。而目前對雜波速度圖的研究相對較少。
1 自適應雜波抑制技術
    對于運動雜波，在計算得到其多普勒頻率之后，抑制雜波的方法一般有兩種[9]：(1)對回波信號u(t)進行運動雜波譜中心補償，將運動雜波譜中心移動到零頻，再用凹口位于零頻的MTI濾波器抑制運動雜波；(2)直接采用凹口位于fd處的MTI濾波器來抑制運動雜波，而凹口于fd處的MTI濾波器權系數(shù)可預先存儲在一個濾波器權系數(shù)庫中，如圖1所示。

    不管是對運動雜波進行多普勒中心補償，還是利用權庫法，都需要計算出運動雜波譜中心，即運動雜波的速度。因此在這里設計了一種求雜波速度譜圖的方法，統(tǒng)計緩慢移動雜波的速度，將雜波的多普勒中心頻率存儲，利用FPGA的高效處理能力，通過軟件編程的方法實現(xiàn)雜波速度譜圖的建立，工程實現(xiàn)方便。
2 速度譜圖的實現(xiàn)
    求雜波速度的方法有多種，一種是經(jīng)典的譜估計FFT法，速度精度與FFT的點數(shù)有關。在信號重頻已知的情況下，F(xiàn)FT點數(shù)越高速度分辨精度越高。還可以用arctan求相位差的方法求雜波速度，在求解反正切函數(shù)的運算中，傳統(tǒng)的方法有查表法、多項式近似法、查表與多項式結合法、逐位法等[10]。然而，這些方法在速度和精度上達不到要求并且硬件實現(xiàn)困難。
    為了方便在FPGA中實現(xiàn)，適合FPGA中的操作流程，本設計選擇互相關法進行多普勒速度的求解。

   
3 仿真與實驗結果分析
    本實驗利用雷達采集到的真實回波數(shù)據(jù)進行處理分析。圖3顯示的是雷達原始回波數(shù)據(jù)圖像，縱坐標是距離單元，橫坐標是脈沖數(shù)，灰度代表回波強度。其中在距離單元為160處有一個運動目標，而在距離單元為100處有一個靜止的大物體，其回波強度遠大于運動目標的回波強度。

    從圖4中可以很方便地看出各個距離單元的速度，在距離單元為100處有一個緩慢的速度變化過程，是由于天線掃描調(diào)制所引起的。此雜波速度圖為抑制靜止物體回波和緩慢運動雜波提供了良好的依據(jù)，可以有效地檢測出快速運動目標。
    在ISE開發(fā)環(huán)境中進行編程，F(xiàn)PGA處理程序如圖5所示。將雷達數(shù)據(jù)通過ISIM導入到ISE中，對回波數(shù)據(jù)在FPGA處理之后，再利用Matlab畫出其速度譜圖，如圖6所示?？梢钥闯觯ㄟ^硬件處理之后的速度圖與仿真結果吻合，驗證了此方法的可行性。

 

 

    本文主要研究了一種雜波速度譜圖的建立方法，目的是統(tǒng)計緩慢移動的雜波速度，將雜波的多普勒中心頻率存儲，可以用來補償運動雜波的速度或者結合權系數(shù)庫完成雜波的自適應抑制。利用可編程器件FPGA高效的并行處理能力，通過VHDL軟件編程的方法實現(xiàn)雜波速度譜圖的建立，實現(xiàn)方便，對工程應用具有一定的指導意義。
參考文獻
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