气象雷达的脉冲压缩的算法及实现研究

来源 :成都信息工程学院 成都信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:baijiw
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在雷达领域中,对发射脉冲波形编码,并在接收时对回波进行压缩处理得到窄脉冲称为脉冲压缩。目的是为了提高一定峰值发射功率下雷达威力和距离分辨力,或反过来在一定威力和距离分辨力的条件下降低雷达峰值反射功率。脉冲压缩技术在军用雷达、风廓线气象雷达等方面已经实用化。但由于天气雷达在幅度上具有额外的特殊要求,该技术在天气雷达中尚处于探索、实验和试用阶段。 天气雷达探测的是雨、雪、雹、云等降水目标,其动态范围极大。一般认为,旁瓣抑制比在50dB以上才能适合天气雷达的观测要求,而传统脉冲压缩方法往往(甚至远)低于这一指标。寻找一种失配损耗较低而主瓣展宽较小、旁瓣抑制足够的方法及其工程实现,已成为必要并具有实际意义。 窗函数加权法对信号进行了失配处理,旁瓣抑制提高的同时使主瓣降低变宽,以信噪比损失及距离分辨力变坏作为代价;优秀的发射波形编码似乎是一个彻底解决方法,但是这十分艰难而耗时;近年出现的自适应脉冲压缩技术带来了曙光,从原理上看几乎已解决了这一问题,而其计算量就现在的技术而言,还难以承受。 通过研究相关技术资料,发现一些抑制旁瓣的逆滤波算法,其性能指标和计算量有比较好的折衷,可用于天气雷达。一种较好的脉冲压缩算法——姑且称为J算法,采用逆滤波方法找出一个失配滤波器,来进行脉冲压缩,获得了较好的效果。 为更好地研究和检验各种脉冲压缩方法的实际效果,在Matlab平台上设计了一个现有常见算法相对齐备、并包括了J算法的雷达脉冲压缩仿真程序pulseComp。该程序使用了Matlab GUI界面,将雷达的数字中频信号进行脉冲压缩,压缩算法的参数和加权方式可以修改和控制,最后在人机对话界面上显示出脉冲压缩结果。 为了日后更深入的研究,硬件平台的设计上充分兼顾系统的扩展性和广泛的适应性,开发了一个相对完备的、从数字中频信号开始的雷达数字信号处理通用平台。以TI公司的C6000系列的DSP器件TMS320C6713作为脉冲压缩算法的主处理器,由两块FPGA芯片EP1C6完成雷达数字中频信号的接收和下变频以及信号格式变换等处理,然后用一个USB2.0接口芯片CY7C68013A完成处理系统与PC间的数据通信。 在完成平台的软件开发的过程中,重点实现并完善了DSP软件开发,实现了基于LFM的雷达脉冲压缩J算法、C6713的相关外设控制以及系统的DSP程序引导加载,从而形成了一个完整的脉压DSP模块。而其他的FPGA处理模块和USB2.0接口模块,已完成了必要的调试和测试,为将来的深入研究提供了可靠的硬件基础。 通过实验,实现了J算法,验证了算法有效性和系统的可靠性,通过对算法参数的控制,达到了预期的至少50dB旁瓣抑制、主瓣展宽可控/1dB失配损耗指标。
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