[发明专利]基于FPGA的激光多普勒雷达信号处理器及处理方法

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的激光多普勒雷达信号处理器，涉及雷达信号处理领域。包括ADC采样单元、存储单元和FPGA处理单元。其中FPGA处理单元包括ADC配置模块、存储接口模块、采样数据接收模块、数据输入模块、中频陷波模块、2倍降采样模块、FFT模块、脉冲累积模块、峰值提取和多普勒频率输出模块、控制模块。上电后由FPGA配置ADC，等待外部触发信号，该信号有效后FPGA开始接收ADC采样后的数据，采样数据经由FPGA全部存入存储单元缓存，再从存储单元读入到FPGA进行处理。本发明充分利用了FPGA的特点，处理速度快、结构简单，克服了激光多普勒雷达用于测速时的中频干扰和数据量大等问题，有利于控制激光多普勒雷达的成本和复杂度。

主权项

一种基于FPGA的激光多普勒雷达信号处理器，包括ADC采样单元、存储单元和FPGA处理单元；其特征在于：所述的ADC采样单元由一片模数转换器ADC构成，型号为国家半导体公司的ADC12D1000，对输入的模拟信号进行模数转换，输出数字信号到FPGA处理单元；该型号ADC具有十个配置引脚：PDI、PDQ、ECE、DES、TPM、NDM、FSR、CALDLY、CAL、DDRPHASE，这十个引脚都连接到FPGA，由其通过配置总线配置，将ADC配置为两通道分别采样、输出分路模式、满量程输入、上电延迟17ms校准、时钟比数据延迟半周期；所述的存储单元由两片并行的静态存储器SRAM构成，SRAM型号为Cypress公司的CY7C1034DV33；该型号SRAM具有三个控制引脚：CE、WE、OE，这三个引脚连接到FPGA由其通过SRAM控制信号进行控制；所述的FPGA处理单元由一片现场可编程门阵列FPGA构成，采用Xilinx公司的Virtex‑II系列，具体型号为XC2V3000；FPGA处理单元包括以下十个模块：ADC配置模块，输出配置结束信号到控制模块，输出配置总线连接到ADC采样单元；存储接口模块，输入为采样数据接收模块和数据输入模块的数据、地址、SRAM控制信号，输出数据、地址、SRAM控制信号到存储单元；采样数据接收模块，输入为外部采样触发信号、ADC采样后的信号和控制模块的复位信号，输出为缓存写入数据、地址、SRAM控制信号和采样结束信号；数据输入模块，输入为控制模块的使能和复位信号、存储接口模块的缓存 读出数据，输出为地址、SRAM控制信号、数据有效信号和串行数据；中频陷波模块，输入为控制模块的复位信号、数据输入模块的数据有效信号和串行数据，输出为数据有效信号和陷波后数据；2倍降采样模块，输入为控制模块的复位信号、中频陷波模块的数据有效信号和陷波后数据，输出为数据有效信号和降采样后数据；FFT模块，输入为控制模块的复位信号、2倍降采样模块的数据有效信号和降采样后数据，输出为数据有效信号和频谱数据；脉冲累积模块，输入为控制模块的复位信号和累积次数控制信号、FFT模块的数据有效信号和频谱数据，输出为频谱数据；峰值提取和多普勒频率计算模块，输入为控制模块的使能和复位信号；控制模块，输入为ADC配置模块的配置结束信号和采样数据接收模块的采样结束信号，输出为复位信号、使能信号和累积次数控制信号；FPGA内部各模块的连接关系为：ADC配置模块通过其输出的配置结束信号连接到控制模块；采样数据接收模块通过采样结束信号和复位信号与控制模块连接，通过缓存写入数据、地址和SRAM控制信号与存储接口模块连接；存储接口模块通过缓存读出数据、地址和SRAM控制信号与数据输入模块连接；数据输入模块通过使能和复位信号与控制模块连接，通过数据有效信号和串行数据与中频陷波模块连接；中频陷波模块通过复位信号与控制模块连接，通过数据有效信号和陷波后数据与2倍降采样模块连接；2倍降采样模块通过复位信号与控制模块连接，通过数据有效信号和降采样后数据与FFT模块连接；FFT模块通过复位信号与控制模块连接，通过数据有效信号和频谱数据与脉冲累积模块连接；脉冲累积模块通过复位信号和累积次数控制信号与控制模块连接，通过频谱数据与峰值提取和多普勒频率计算模块连接；峰值提取和多 普勒频率计算模块通过复位和使能信号与控制模块连接；外部模拟信号连接到ADC采样单元所含的ADC的模拟输入引脚，FPGA的I/O引脚输出的配置总线连接到ADC的各配置引脚，ADC的数字输出引脚连接到FPGA的I/O引脚，外部采样触发信号连接到FPGA的I/O引脚，FPGA的I/O引脚输出的地址和SRAM控制信号分别连接到存储单元所含的SRAM的地址引脚和各控制引脚，FPGA的I/O引脚输入和输出的数据连接到SRAM的数据引脚。