本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置。

背景技術：

1、在雷達應用中，實時準確地檢測并獲取接收信號的到達時刻是一個關鍵課題。雷達只有正確地檢測到接收信號的到達時刻，才能做到對接收信號完整地接收，不漏掉有用信息。對于各種雷達系統(tǒng)，尤其是高精度和高實時性應用場景，如軍事雷達、航空管制雷達和氣象雷達等而言，高效的雷達信號檢測算法尤為重要。

2、現(xiàn)有的雷達信號檢測方法主要包括頻域檢測方法和時域檢測方法。頻域檢測方法涉及傅里葉變換和傅里葉逆變換，計算量大，時間延遲顯著，并且消耗大量硬件資源，不利于硬件fpga的實現(xiàn)，因而不適用于實時信號檢測。

3、相比之下，時域檢測方法利用雷達信號本身的頻率特征，在本地產(chǎn)生與雷達信號相同的參考信號，通過兩信號在時域上的相關累加使脈沖信號的能量不斷累加，最終出現(xiàn)峰值，從而確定信號的到達時刻和結(jié)束時刻。這種方法具有較低的計算復雜度和較小的硬件資源消耗，更適合于實時性要求高的雷達系統(tǒng)。

4、相關檢測法作為時域檢測方法中的一種重要技術，通過計算接收信號和已知參考信號之間的相關性來檢測目標信號。其基本原理是利用已知參考信號與接收信號之間的相似性，通過計算它們的相關函數(shù)，來判斷接收信號的到達時刻。具體步驟如下：

5、對接收信號進行濾波和去噪處理，以減少噪聲和干擾的影響；

6、將接收信號與已知的參考信號進行相關運算，得到相關函數(shù)，反映信號在不同時間延遲下的相似程度；

7、尋找相關函數(shù)中的峰值，峰值的位置和高度分別反映信號的到達時間和強度；

8、根據(jù)相關函數(shù)的分析結(jié)果，判斷是否存在目標信號。如果相關函數(shù)中存在顯著峰值，表明在該延遲下存在與參考信號相似的接收信號，可能對應于目標回波信號。

9、盡管相關檢測法在硬件領域相較于頻域檢測方法具有明顯優(yōu)勢，并已在實際應用中得到廣泛運用，但現(xiàn)有的相關檢測法計算效率依然較低，時間延遲較高。為了解決上述問題，提高雷達信號檢測的實時性和準確性，提出了快速同步檢測算法。該算法通過優(yōu)化相關計算和信號處理流程，實現(xiàn)更高效的信號檢測和同步，可以顯著提高雷達信號檢測的實時性和準確性，為雷達系統(tǒng)的高效運行提供保障。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于fpga的線性調(diào)頻快速同步法的通信系統(tǒng)，包括基于fpga的lfm-msk信號發(fā)生端，用于模擬雷達信號輸出，以及基于fpga的lfm-msk信號接收端，用于驗證雷達信號的同步解調(diào)效果；

3、所述基于fpga的lfm-msk信號發(fā)生端包括碼元生成模塊、lfm-msk信號調(diào)制模塊和射頻模塊；碼元生成模塊用于將信息源進行二進制編碼調(diào)制，所述編碼調(diào)制包括差分編碼以及串并轉(zhuǎn)換；lfm-msk信號調(diào)制模塊用于將碼元調(diào)制模塊輸出的信號處理為頻移最小、相位連續(xù)、載波頻率線性變化并且攜帶信息的數(shù)字信號；射頻模塊包括濾波器模塊、dac模塊、天線模塊，負責將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電形式；

4、所述基于fpga的lfm-msk信號接收端包括無線信號接收端包括射頻接收模塊、基于fpga的雷達信號檢測模塊、相干解調(diào)模塊、差分解碼模塊；所述射頻接收模塊用于將無線電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；基于fpga的雷達信號檢測模塊得到載波同步信息；所述相干解調(diào)模塊負責進行去載波同步以及msk解調(diào)過程，采用相干平方環(huán)解調(diào)法，將包含載波的數(shù)字信號解調(diào)為位寬為一的二進制信號；通過所述差分解碼模塊，對二進制信號進行解碼，得到最終的源碼信息。

5、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點為：

6、(1)在雷達信號檢測部分，采用并行計算的算法結(jié)構(gòu)，計算速度較傳統(tǒng)的相關檢測法提高了數(shù)倍，在不影響計算精度的同時，大幅度減少了信號同步所需時間；

7、(2)并行參數(shù)可調(diào)節(jié)，可以根據(jù)實際需求增加并行結(jié)構(gòu)數(shù)量提高運行速度，或減少并行結(jié)構(gòu)數(shù)量降低功耗，自由度極高，可充分利用fpga內(nèi)部資源；

8、(3)本發(fā)明可廣泛應用于雷達通信技術領域，為雷達通信系統(tǒng)提供高效的性能支持。

技術特征：

1.一種基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，包括基于fpga的lfm-msk信號發(fā)生端，用于模擬雷達信號輸出，以及基于fpga的lfm-msk信號接收端，用于驗證雷達信號的同步解調(diào)效果；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，fpga內(nèi)部的碼元生成模塊，將待傳輸數(shù)據(jù)通過特定規(guī)則以2進制進行差分編碼，并進行串并轉(zhuǎn)換；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述lfm-msk信號調(diào)制模塊首先對差分編碼后的兩路數(shù)據(jù)分別使用加權(quán)函數(shù)進行加權(quán)處理；所述加權(quán)函數(shù)分別表示為：其中，t為時間，tb為碼元周期；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述射頻接收模塊包括天線模塊、adc模塊、濾波器模塊，負責將無線電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述雷達信號檢測模塊采用相關檢測法，fpga內(nèi)部的運算包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，所述相干解調(diào)模塊，基于得到的載波同步信息，對adc接收到的lfm-msk數(shù)字信號進行去載波同步以及msk解調(diào)過程，設計采用相干平方環(huán)解調(diào)法，將包含載波的數(shù)字信號解調(diào)為位寬為一的二進制信號。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于fpga的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，其特征在于，解調(diào)后的信號經(jīng)過差分解碼模塊解碼后，得到源碼信息；差分解碼的表達式為：其中，ak為差分編碼解碼后的第k位，bk為經(jīng)過lfm-msk解調(diào)后得到的差分編碼數(shù)據(jù)。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于FPGA的快速雷達跟蹤信號檢測與數(shù)據(jù)通信裝置，優(yōu)化了FPGA相關計算算法流程，旨在解決傳統(tǒng)相關檢測法的低效率、高延遲問題，本發(fā)明使用基于FPGA的發(fā)送端和接收端，采用模塊化流水線結(jié)構(gòu)，在發(fā)送端進行信號LFM?MSK信號調(diào)制，接收端進行LFM?MSK信號的同步與解調(diào)，在雷達跟蹤信號檢測部分，采用并行計算的算法結(jié)構(gòu)，計算速度較傳統(tǒng)的相關檢測法提高了數(shù)倍，在不影響計算精度的同時，大幅度減少了信號同步所需時間。本發(fā)明可廣泛應用于雷達通信技術領域，為雷達通信系統(tǒng)提供高效的性能支持。

技術研發(fā)人員：管雪元,王彥懿
受保護的技術使用者：南京理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19