【摘 要】
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随着以无人机为代表的低空、慢速、小型飞行器技术在民用场景的广泛应用,诸如机场、露天会场等场所对于低空安防的需求日益迫切。线性调频连续波雷达具有近距探测无盲区、小目标探测距离分辨率高、结构简单、成本低等优点,适合于低空微小目标的探测。FPGA依靠其丰富的计算资源和高速接口可实现强大的逻辑事务控制以及数字信号处理,可满足雷达工作控制、信号处理需求和实时性要求。因此,本文设计并搭建了用于低空小型无人机探
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随着以无人机为代表的低空、慢速、小型飞行器技术在民用场景的广泛应用,诸如机场、露天会场等场所对于低空安防的需求日益迫切。线性调频连续波雷达具有近距探测无盲区、小目标探测距离分辨率高、结构简单、成本低等优点,适合于低空微小目标的探测。FPGA依靠其丰富的计算资源和高速接口可实现强大的逻辑事务控制以及数字信号处理,可满足雷达工作控制、信号处理需求和实时性要求。因此,本文设计并搭建了用于低空小型无人机探测的线性调频连续波雷达系统,基于FPGA硬件设计了雷达系统的定时控制和信号处理部分,通过试验验证了雷达系统对无人机探测的有效性。首先,基于低空小型无人机应用场景和线性调频连续波雷达体制优势,建立了雷达系统框架,叙述了系统各组件的功能及设计要点。分析了线性调频连续波雷达通过差拍信号获取目标参数信息的基本原理,在MATLAB中设计并仿真了脉冲压缩、数字波束形成、动目标检测、恒虚警检测以及点迹凝聚等雷达信号处理流程。同时,通过波束扫描方法实现了对目标的角度测量。其次,在FPGA中实现了雷达系统的工作控制以及信号处理流程。搭建了模块化设计的框架并划分了各模块的时钟域。通过分析RS-422接口原理,设计并实现了频综报文的产生和发送。设计了 SPI接口时序,用以配置时钟芯片AD9516和AD芯片ADS5263的工作模式。利用FPGA的FFT、乘法器、FIFO、GTH等IP核资源设计实现了雷达信号处理算法流程以及数据的组包传送。整体设计的运行时间小于一个PRT的时间,满足实时性需求,资源使用合理,运行时序良好,功耗较低。最后,用调试完成的雷达组件搭建无人机试验系统,在实际无人机探测过程中得到了清晰的飞行航迹,通过多种方法对杂点进行了优化。测试了雷达系统接收链路增益和系统隔离度等关键参数,设计了基于FPGA的AD采样结果同步方案,并利用AD采样对接收机噪声功率进行了在线测量,各指标均符合预期设计标准。
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