如何使用FPGA實(shí)現(xiàn)外輻射源雷達(dá)自適應(yīng)雜波抑制的方法概述

　　本文主要研究了外輻射源雷達(dá)雜波抑制模塊的 FPGA 實(shí)現(xiàn)方法。首先，對(duì)自適應(yīng)濾波的時(shí)域 LMS 算法和 RLS 算法進(jìn)行了分析和比較，結(jié)果表明時(shí)域 LMS 算法收斂特性易受環(huán)境影響且 RLS 算法運(yùn)算量較大，因此本文在工程實(shí)現(xiàn)中采用改進(jìn)的 LMS 算法：變步長(zhǎng) LMS（NLMS）算法和頻域分塊 LMS（FBLMS）算法。 NLMS 算法的步長(zhǎng)會(huì)隨輸入數(shù)據(jù)變化，所以收斂速度較快；FBLMS 算法在頻域分塊實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用 FFT 計(jì)算濾波中的卷積可以減少運(yùn)算量，并且頻域的正交變換能夠降低特征值的發(fā)散改善收斂性能。然后，論文針對(duì)兩種算法的 FPGA 實(shí)現(xiàn)，分析了 FPGA 的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，對(duì)常用 IP 核如 PLL、FIFO、FFT 和 RAM 進(jìn)行了原理說(shuō)明和功能仿真。最后，對(duì) NLMS 算法和 FBLMS 算法進(jìn)行了便于硬件實(shí)現(xiàn)的功能模塊劃分，利用 IP 核說(shuō)明每個(gè)模塊的硬件構(gòu)成，并通過(guò) ModelSim和 MATLAB 的聯(lián)合功能仿真，驗(yàn)證了兩種算法的硬件可實(shí)現(xiàn)性。

　　雷達(dá)使用電磁波探測(cè)、跟蹤目標(biāo)，它發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收目標(biāo)的反射回波，從而獲得目標(biāo)的距離、方位、速度等信息。近年來(lái)，雷達(dá)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中雷達(dá)起著關(guān)鍵性的作用，正因如此雷達(dá)很容易成為敵方干擾打擊的首要目標(biāo)。

　　有源雷達(dá)是一種同時(shí)具有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的雷達(dá)，雷達(dá)天線的作用是：把發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)輻射到空間并接收回波信號(hào)，即天線通過(guò)收發(fā)開(kāi)關(guān)的時(shí)分復(fù)用達(dá)到發(fā)射和接收的目的。

　　現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，有源雷達(dá)存在電子干擾、超低空突防、反輻射導(dǎo)彈和隱身技術(shù)的威脅。上述因素促進(jìn)了無(wú)源雷達(dá)的發(fā)展，無(wú)源雷達(dá)并不發(fā)射電磁波，而是利用存在于外界空間中的電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位和跟蹤。

　　無(wú)源雷達(dá)工作所使用的信號(hào)可以分為兩種：一種是目標(biāo)本身會(huì)輻射信號(hào)，另一種是外界第三方信號(hào)。本文所討論的無(wú)源雷達(dá)利用第三方信號(hào)民用機(jī)會(huì)照射源作為接收信號(hào)，即外輻射源雷達(dá)。外輻射源雷達(dá)生存能力強(qiáng)且隱蔽性高，因此可以提高雷達(dá)系統(tǒng)在電子戰(zhàn)中的生存能力。

　　目前，外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)所采用的輻射源多為空間分布廣泛的民用信號(hào)：數(shù)字電視信號(hào)、調(diào)頻廣播信號(hào)、GSM 信號(hào)、衛(wèi)星通信信號(hào)等，外輻射源雷達(dá)有許多優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）外輻射源雷達(dá)利用現(xiàn)已存在的民用信號(hào)，這些信號(hào)分布較廣，并難以被敵方檢測(cè)摧毀，生存能力強(qiáng)；

　　（2）多數(shù)外輻射源信號(hào)頻率低，覆蓋范圍廣，可以檢測(cè)出隱身目標(biāo)；

　?。?）信號(hào)頻段低，不易受到天氣的影響；

　　（4）借用民用照射源，節(jié)省成本；

　?。?）由于使用外輻射源，能夠檢測(cè)無(wú)線電寂靜的目標(biāo)；

　　（6）空域覆蓋范圍廣；

　　（7）輻射源發(fā)射功率比較高，分布范圍廣，便于進(jìn)行多站定位。

　　基于以上優(yōu)點(diǎn)，這種系統(tǒng)成本低且生存能力強(qiáng)的外輻射源雷達(dá)有較高的軍事應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)稱為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。

　　美國(guó)研制的新型無(wú)源探測(cè)定位系統(tǒng)“沉默哨兵”，該系統(tǒng)采用無(wú)源相干定位技術(shù)，利用調(diào)頻廣播信號(hào)和商業(yè)無(wú)線電信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和跟蹤，其采用的信號(hào)處理計(jì)算機(jī)是并行處理速度達(dá)到每秒數(shù)千兆浮點(diǎn)運(yùn)算速率的商用計(jì)算機(jī)，具有實(shí)時(shí)、高精度探測(cè)空中目標(biāo)的能力。其成功的關(guān)鍵在于高速硬件設(shè)備和新的算法、軟件的結(jié)合。

　　維拉無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)是一種用于對(duì)海地空目標(biāo)進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤的可移動(dòng)無(wú)源監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠探測(cè)隱身飛機(jī)。該雷達(dá)的定位功能是由電波到達(dá)時(shí)間差實(shí)現(xiàn)的，即通過(guò)三個(gè)監(jiān)測(cè)站對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后把其中兩個(gè)監(jiān)測(cè)站的信息發(fā)送到另外一個(gè)監(jiān)測(cè)站，提取三站的信號(hào)時(shí)間差，通過(guò)運(yùn)算處理來(lái)確定目標(biāo)的位置信息。