一種基于FPGA的慢門(mén)限恒虛警處理電路設(shè)計(jì)

摘要 雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)多是在干擾背景下進(jìn)行，如何從干擾中提取目標(biāo)信號(hào)，不僅要求有一定的信噪比，而且必需有恒虛警處理設(shè)備。恒虛警處理是雷達(dá)信號(hào)處理的重要組成部分，慢門(mén)限恒虛警處理主要是針對(duì)接收機(jī)熱噪聲，文中介紹一種基于FPGA嵌入式設(shè)計(jì)的慢門(mén)限恒虛警處理電路，給出了仿真模型及仿真結(jié)果，并已將其用于某檢測(cè)器中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞 慢門(mén)限；恒虛警處理；FPGA

慢門(mén)限恒虛警處理是一種對(duì)接收機(jī)內(nèi)部噪聲電平進(jìn)行恒虛警處理的電路，內(nèi)部噪聲隨著溫度、電源等因素的改變而改變，這種變化是緩慢的，所以針對(duì)內(nèi)部噪聲的處理稱(chēng)為慢門(mén)限恒虛警處理。通過(guò)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的慢門(mén)限處理降低了虛警概率，為后處理提供了必要條件。
利用大規(guī)模可編程電路來(lái)實(shí)現(xiàn)慢門(mén)限恒虛警處理，具有方便、可靠的特點(diǎn)，可以方便地修改和仿真。雷達(dá)工作期，接收機(jī)輸出除噪聲外還有信號(hào)和地物雜波等，所以對(duì)噪聲的采樣應(yīng)在休止期進(jìn)行。接收機(jī)檢測(cè)器后噪聲電壓的概率密度函數(shù)服從瑞利分布

由式(2)可得出，P(y)與σ無(wú)關(guān)，如果能將變量x歸一化為變量y，則噪聲強(qiáng)度σ變化時(shí)將保持輸出恒虛警；恒虛警處理裝置就是設(shè)法檢測(cè)出噪聲x的均方差σ值，再算出值；這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為歸一化，歸一化的結(jié)果就達(dá)到了恒虛警的目的。
用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)除法運(yùn)算比較復(fù)雜，故采用取對(duì)數(shù)的方法，將除法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為減法運(yùn)算，簡(jiǎn)化了電路實(shí)現(xiàn)


1 工作原理
在休止期對(duì)噪聲值lgx采樣，得到lgσ。取雷達(dá)工作期的lgx減去lgσ，算出lgy式(3)，完成了歸一化處理。設(shè)計(jì)中慢門(mén)限恒虛警處理電路是采用開(kāi)環(huán)式噪聲電平恒定電路，省略了反對(duì)數(shù)電路，增加了部分檢測(cè)電路，原理如圖1所示。

2 FPGA設(shè)計(jì)
在休止期選8位I／Q信號(hào)幅度值進(jìn)行累加，并對(duì)累加值進(jìn)行鎖存，當(dāng)累加128個(gè)單元后，取出平均值并鎖存作為第一門(mén)限值。在工作期選取8位I／Q信號(hào)幅度值一方面與噪聲平均值比較，另一方面減去噪聲平均值再與人工門(mén)限比較，如果兩次比較都為大于，則輸出1 bit過(guò)門(mén)限信號(hào)。人工門(mén)限值的選定要根據(jù)虛警率確定，如果虛警點(diǎn)多則調(diào)高門(mén)限值，反之降低門(mén)限，保持一定的虛警點(diǎn)數(shù)。
電路總框圖如圖2所示，包括3個(gè)子模塊分別為時(shí)序產(chǎn)生模塊、求噪聲平均值模塊、減法運(yùn)算及比較模塊，虛框表示FPGA芯片外圍電路。

設(shè)計(jì)遵從了流水線和模塊化設(shè)計(jì)原則，把總模塊劃分為幾個(gè)功能獨(dú)立又相互聯(lián)系的子模塊；上一個(gè)模塊的輸出即為下一個(gè)模塊的輸入，由最后一個(gè)模塊完成最終結(jié)果的輸出。
各子模塊電路設(shè)計(jì)完成后，建立相應(yīng)電路符號(hào)，在原理圖輸入方式下，將各單元電路符號(hào)按原理框圖邏輯關(guān)系連接，通過(guò)保存、編譯，再進(jìn)行項(xiàng)目處理包括器件選擇、引腳定義，確認(rèn)正確無(wú)誤后便完成了FPCA內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)項(xiàng)目下載至芯片，嵌入板級(jí)電路與其它器件配合使用，完成電路功能。