[发明专利]基于FPGA的步进频率像拼接的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种基于FPGA的步进频率像拼接的实现方法，可用于在单片FPGA中实现雷达步进频率模式下的一维高分辨距离像拼接。

背景技术

增加雷达系统发射信号的带宽可以提高雷达系统对于目标的分辨能力，从而可以获得更多的目标信息，但是由于雷达发射机性能的限制，在工程上，发射大瞬时带宽信号存在一定的困难。步进频率雷达信号是一种重要的高分辨雷达信号。它通过发射一串载频均匀跳变的单频相参脉冲，来合成大的信号带宽并获得高距离分辨率。经过相参处理提取出回波中包含的目标的频率响应特性，对它们进行离散傅里叶变换就可以获得目标的高分辨距离维分布，其幅度就是通常所说的距离像。步进频率信号改善距离分辨率的原理，早在60年代就已经提出了，而随着数字信号处理技术的发展，步进频率信号逐步应用于雷达系统。这种信号以窄带发射、接收、处理、合成相应的带宽信号所能达到的高距离分辨率，不仅降低了雷达发射机和接收机的实现难度和成本，还可以在较低的数据率下获得高距离分辨率，因此近年来得到了广泛的应用。步进频率信号在一维成像处理和二维成像处理方面都有广阔的应用前景。

目前，关于步进频率像拼接的工程实现主要是在FPGA+DSP的硬件平台中开发完成的，其不足之处主要有以下两点：

首先，在目前这种实现方法中，FPGA主要负责控制模块，DSP主要负责运算模块，相比于使用单片FPGA完成步进频率模式下的像拼接，信号处理机系统硬件结构复杂，功耗大，处理时间较长，同时无法满足系统小型化，低功耗的要求，不易广泛应用

其次，步进频率像拼接的工程实现需要完成更多的控制和逻辑操作任务，DSP基本是专用处理引擎，针对大量上述任务进行重新配置，所有任务共享处理器内核寄存器、内部和外部存储器、DMA(数据传输通道)引擎以及IO(输入输出)外设等资源，一个任务很有可能和其他任务相互影响，这类影响一般出乎人们的意料，不容易察觉。而且，大部分DSP算法必须实时运行，因此，意外的延时或者等待都会导致系统出现故障，不容易修改调试，程序可移植性不高，无法满足信号处理机系统模块化，高可靠性的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于FPGA的步进频率像拼接的实现方法，以降低功耗，提高系统可靠性，达到模块化，小型化的设计要求。

实现本发明目的的技术思路是：在FPGA中按照逻辑划分来分解任务，将步进频率模式下高分辨一维距离像成像划分为多个子任务，并同时在整体设计层面采用模块化设计方案，其实现步骤包括如下：

(1)对存储在FPGA存储器中的采样值数据在相同距离门内按照脉冲顺序进行数据重排；

(2)在FPGA中调用FPGA生产商提供的傅里叶变换硬核，通过对硬核实例化，对重排后的数据进行逆傅里叶变换IFFT处理，得到IFFT数据；

(3)在FPGA中调用FPGA生产商提供的乘法器硬核和开平方硬核，对IFFT数据求模；

(4)在FPGA中利用输入时钟信号、复位信号、信号脉冲宽度、重频、步进频率间隔、步进频率跳频点数和采样频率产生全局控制信号，该全局控制信号包括操作使能信号、模块控制信号以及有效数据信号，其中模块控制信号包括计数信号和标志信号；

(5)利用模块控制信号和操作使能信号在IFFT求模结果中删除无效区数据；

(6)对模块控制信号延迟一个时钟，得到延迟后的计数信号和延迟后的标志信号；

(7)利用有效数据信号以及延迟后的计数信号和延迟后的标志信号，对删除无效区数据后的IFFT求模结果按距离顺序重排，得到重排后的输出数据和输出使能；

(8)利用步骤(7)中的输出使能，在FPGA中产生局部控制信号，其中局部控制信号包括局部标志信号和局部计数信号；

(9)利用操作使能信号以及局部控制信号对步骤(7)中得到的重排后的数据结果，将第m个IFFT的结果的有效数据按照距离顺序取出，放入FPGA存储器中，并与存储器中已经存在的点迹提取数列进行同距离比较，如果所取数据比存储器中所存原有点迹数据大，则用所取数据替换掉存储器中对应原有数据，得到最终的点迹拼接结果，即基于FPGA的步进频率像拼接结果，其中m表示第m个采样点。

本发明与现有技术相比具有以下优点：