[发明专利]一种基于FPGA的距离徙动补偿系统

说明书

一种基于FPGA的距离徙动补偿系统，通过FPGA中的频域变换、匹配复乘、徙动频域补偿、时域变换、定点浮点转换等过程，实现制导雷达信号预处理用于后续CPU单元的相参积累和目标检测。本发明解决了由于弹载运动速度快及雷达分辨力高引起的距离徙动，实现低重频雷达在极短时间内脉冲间包络对齐补偿，提高了雷达信号积累的信噪比，具有较好的实时性和可移植性。

技术领域

本发明涉及微波雷达探测的技术领域，特别涉及一种应用于弹载高速运动平台下，对雷达回波由于距离徙动引起能量损失进行高精度补偿的FPGA设计方法。

背景技术

传统制导雷达属于高速运动平台的探测传感器，为了对运动平台有良好的适应性，同时获得较远的探测距离和较高的距离分辨能力，通常采用线性调频(LFM)信号作为雷达的发射信号，发射不仅具有较宽的脉冲宽度，同时具有较大的信号带宽。回波信号采用脉冲压缩技术，经过匹配滤波，可以获得较大的时宽-带宽积，提高目标的距离分辨能力。

制导雷达为了在高速运动平台下检测低的RCS目标，一方面，通过长时间脉冲积累提高隐身目标的信噪比是非常有必要的；另一方面，由于制导雷达与目标高速相对运动，导致低重频脉冲雷达出现脉冲间回波包络徙动和距离-多普勒耦合。距离-多普勒耦合仅引起测距不准和较小的能量损失，但距离徙动对相参积累产生较大的能量损失和目标扩散的影响。因此，补偿雷达回波的包络徙动是解决弹载高速运动平台下目标探测的关键问题。

弹载雷达回波的包络徙动受运动平台与目标的相对速度V_MT、目标距离分辨率ΔR以及制导雷达的工作重频f_r以及积累脉冲个数N相关。通常以上参数均由弹载惯导及平台制导雷达的设计确定。弹载雷达回波补偿需要具有较高的实时性，需要对每个脉冲进行计算，通常包括时域选通补偿方法与频域插值补偿两种方法。

第一种方法，时域选通补偿方法是通过实时计算每个脉冲的回波延迟，动态调整距离门的延迟位置，并接收的回波信号经过脉冲压缩以及距离多普勒耦合补偿，补偿后的脉冲完成信号截取，并进行积累，得到时间-多普勒检测二维平面，完成后续目标检测。

上述方法主要通过延迟包络徙动的步进距离后，再进行脉冲压缩处理。步进距离精度及处理时间受FPGA工作时钟的影响较大。

第二种方法，频域插值补偿方法是对采集后的回波信号首先进行FFT处理，然后在频域上进行匹配压缩，压缩后的信号按照设定参数进行插值补偿，插值补偿后的回波信号，完成脉冲间回波包络对齐和距离多普勒耦合补偿，完成后的脉冲进行积累，得到时间-多普勒检测二维平面，完成后续目标检测。

上述方法需要对变换到频域的信号进行插值补偿，补偿系数对每个脉冲、每个采样点数进行补偿，采用FPGA流水处理，实时性强，处理精度高。

专利《一种徙动补偿方法》(申请号201510154691.5)，提出通过FRFT阶次搜索对多普勒徙动进行校正，然后通过keystone变换进行距离徙动校正实现对距离徙动和多普勒徙动进行校正。其中分数阶阶次搜索再利用sinc函数作插值计算过程复杂，运算量较大。

专利《一种基于频域相位校正的外辐射源雷达距离徙动补偿方法》(申请号201410161409.1)，提出在频域对回波进行相位校正，在带宽内叠加信号以消除距离徙动影响。该方法运算量较小但目标检测处理精度较低。

专利《一种同时校正一阶和二阶距离徙动的相参积累检测方法》(申请号201410654337.4)，提出在快时间域对回波进行FFT，得到一阶距离走动和二阶距离弯曲时快时间频域回波信号，通过二阶keystone变换和Hough变换，得到两次距离校正后的时间域的回波信号，对两次距离校正后的时间域的回波信号进行脉冲压缩、相参积累检测。该方法计算过程复杂，且实时性不高。