基于FPGA的激光导引头数字信号处理系统设计与仿真

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精确制导武器已经成为现代高科技局部战争中必不可少的打击手段之一,其中激光精确制导武器更是备受青睐而成为了各个国家争相发展的武器装备。而半主动式激光精确制导技术是我国目前在激光制导领域中应用最广泛的技术,是我国当前武器装备研究发展的重点方向之一。根据半主动式激光导引头目标识别跟踪的工作原理,本文设计了一套以FPGA为核心处理器的激光导引头数字信号处理系统。该系统采用了高速数字采集技术,有效的保留了脉冲信号的完整信息,可实现微弱脉冲信号的增强与检测,脉冲编码码型的识别,时间波门的控制,脉冲信号的提取,对抗高重频信号的干扰及目标的跟踪定位等功能。本文首先对激光制导武器的发展背景进行了介绍,表明了研究激光导引头数字信号处理系统的必要性。然后介绍了激光制导的原理,阐明了激光导引头信号处理系统是由四象限探测器、对数放大器、高速数字采集、FPGA和DSP等部分组成的。并在此基础之上,提出了激光制导数字信号处理系统的整体设计思路。其次,论文对激光导引头信号处理系统中设计的各个模块进行了详细阐述,包括在FPGA中实现的信号增强模块、解码模块、波门控制模块、脉冲提取模块和在DSP中实现的抗高重频干扰算法和定位算法模块。在信号增强模块提出了基于同步累积法加匹配滤波器的信号增强方案,并在MATLAB上进行了仿真验证。在解码模块,对不同码型的特性进行了介绍,并详细阐述了解码流程。在波门控制模块,提出了固定波门加实时波门的波门控制方案,并对其进行了阐述和验证。在脉冲提取模块采用了提取整个脉冲信息的方法。在定位算法模块本文未作深入研究采用了最经典的加减算法来计算方位偏差。接下来,论文介绍了高重频干扰的相关知识和当前常用的抗高重频干扰方法,并分析了它们的不足之处,然后提出了在小波分析算法基础上基于脉冲信号幅值、位置、宽度相关性做进一步判定的抗高重频干扰改进算法,并在MATLAB上对提出的抗高重频干扰算法进行了充分的仿真验证。最后基于Vivado软件对信号处理系统中基于FPGA设计的功能模块进行了仿真验证,并对仿真的结果进行了分析说明,表明了所设计的数字信号处理方案可以满足系统的要求。
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