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雷达信号预处理的FPGA设计
雷达信号预处理的FPGA设计
摘要：
雷达信号预处理是雷达信号处理中非常重要的一步，能够对原始信号进行滤波、降噪和特征提取等处理，从而提高雷达系统的性能。本论文主要介绍了基于FPGA的雷达信号预处理设计。首先，对雷达信号的特点进行了总结和分析。其次，介绍了FPGA的基本原理和特性。然后，详细阐述了雷达信号预处理的各个环节，包括滤波、降噪和特征提取等。最后，给出了本设计的硬件框图和实验结果，并进行了测试和评估。实验结果证明，基于FPGA的雷达信号预处理设计具有较好的性能和实用性。
关键词：雷达信号预处理；FPGA设计；滤波；降噪；特征提取
一、引言
雷达信号处理是指对雷达系统接收到的原始信号进行处理和分析，从中提取出所需的目标信息。而雷达信号预处理则是雷达信号处理中的一个重要步骤，其主要任务是对原始信号进行滤波、降噪和特征提取等处理，从而为后续的目标检测、跟踪和识别等算法提供可靠的信号基础。雷达信号预处理的性能直接影响到整个雷达系统的性能和效果。
二、雷达信号特点分析
雷达信号具有以下几个特点：1）脉冲信号：雷达系统通常采用脉冲信号来探测目标，其特点是信号在时间上具有宽度和重复频率，能够提供目标的距离和速度信息。2）低信噪比：雷达信号通常受到噪声和杂波的影响，信噪比较低，因此需要进行降噪和滤波处理。3）高动态范围：雷达信号的动态范围较大，需要通过合适的数值变换和增益控制进行处理。4）多目标干扰：雷达系统通常会遭遇到多个目标同时存在的情况，需要对不同目标的信号进行分离和提取。
三、FPGA基本原理和特性
FPGA（Field-ProgrammableGateArray）是一种可以重新配置硬件结构和逻辑电路的可编程逻辑器件，在雷达信号预处理中具有以下优点：1）高灵活性：由于FPGA可以根据需要重新配置硬件结构和逻辑电路，因此具有较高的灵活性，能够满足不同的处理需求。2）高并行性：FPGA具有多个可并行化的逻辑单元和资源，能够实现多路信号的并行处理，提高处理速度和效率。3）低功耗：相比于传统的处理器，FPGA在同样的处理能力下功耗更低，能够节省能源和降低成本。
四、雷达信号预处理设计
雷达信号预处理主要包括滤波、降噪和特征提取几个环节。其中，滤波可以通过数字滤波器实现，可以根据信号的特点选择低通、高通或带通滤波器，并结合滤波器的参数进行滤波处理。降噪主要是针对信号中的噪声和杂波进行处理，可以采用自适应滤波、小波去噪等算法进行降噪处理。特征提取可以通过一系列信号处理算法实现，例如功率谱密度估计、信号分解和谐波检测等。
五、硬件设计与实验结果
本设计基于FPGA进行了雷达信号预处理的硬件设计。硬件框图包括FPGA主控模块、滤波模块、降噪模块和特征提取模块等。FPGA主控模块负责对外部信号进行采样和控制；滤波模块通过数字滤波器对采样信号进行滤波处理；降噪模块采用小波去噪算法对滤波后的信号进行降噪处理；特征提取模块通过功率谱密度估计算法提取信号的能量特征。实验结果表明，设计能够准确地对雷达信号进行预处理，实现了滤波、降噪和特征提取等功能。实验评估还包括对不同信号和噪声干扰情况下的处理性能进行测试，结果表明设计能够适应不同的信号处理需求，并具有较好的性能和实用性。
六、总结
本论文介绍了基于FPGA的雷达信号预处理设计。通过分析雷达信号的特点和FPGA的基本原理和特性，设计了一个完整的雷达信号预处理的硬件框图，并进行了实验测试和评估。实验结果表明，基于FPGA的雷达信号预处理设计具有较好的性能和实用性。未来的研究方向可以进一步优化设计算法和硬件结构，提高雷达信号预处理的精度和效率，从而进一步提高整个雷达系统的性能和应用范围。
参考文献：
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[2]Zeng,Y.,Xu,C.,&Wang,P.(2017).FPGA-basedInterferenceCancellationforRadarSignal.In20172ndInternationalConferenceonElectronicsandOptoelectronics(ICEOE).