双基地雷达（精选3篇）
双基地雷达 篇1
1 引言
现代极端复杂的电磁环境以及各类新型武器的现实威胁, 对雷达系统性能提出了更高要求:雷达应具有远距离探测弱目标的能力, 特别是探测隐身目标的能力;雷达应能实现对目标的分辨和识别, 并能进行杀伤力评估;雷达应具有很强的抗截获能力, 以提高在复杂工作环境中的生存能力;雷达应具有大的威力范围, 具有同时搜索和跟踪多目标的能力, 能进行数据融合、航迹计算和威胁评估等。因此, 现代雷达必须寻求新的理论和技术途径以提高探测性能。
将多输入多输出 (MIMO) 技术应用于雷达系统能很好地解决上述问题。利用MIMO雷达技术, 可明显地提高雷达对目标的检测能力, 并可改善对目标参数的估计精度。由于空间分集概念的引入, MIMO雷达还可提高对多目标的分辨能力, 进而实现对目标的识别。由于信号间的相互独立性, MIMO雷达具有主瓣低截获概率特性, 因而具有较强抗截获和反辐射能力, 能够有效地解决目前雷达在复杂战场环境中的生存问题。
同时, 体系对抗成为未来防空作战的主要模式, 将广域分布的防空雷达设备联结起来, 构成分布式网络化的防空雷达系统, 是目前防空反导体系的主要发展方向, 也是信息化条件下防空作战的基本要求。基于数据或信号层面的信息融合则是构建上述体系的关键技术。结合MIMO雷达和双基地雷达的优点, MIMO双基地雷达体制有效解决了复杂的空间同步问题, 为信号层面的融合提供了新的途径, 为构成多发多收分布式的防空反导体系奠定了基础, 尤其在使用正交的探测波形后, MIMO双基地雷达的射频隐身能力得到了很大改善, 而当多个发射阵列同时存在并且交替或同时使用时, 雷达系统的隐身能力将进一步提升。
2 MIMO双基地雷达简介
多入多出 (Multiple—Input Multiple—Output, MIMO) 雷达最近几年已经成为研究的热点, 和传统的相控阵雷达希望最大化相干处理增益不同, MIMO雷达利用目标散射分集来提高检测性能, 其关键点是雷达发射机和接收机空间分集。MIMO系统的优点在于其不同的发射机和接收机分别组成一组探测接收信道, 单个信道的能量很小, 而平均接收能量近似于恒定, 这就解决了传统雷达存在目标RCS起伏的问题, 空间分集增益超过相干处理增益, 从而改善检测性能。
MIMO双基地雷达是指在双基地雷达中使用MIMO技术的一种新体制雷达。与有些文献中使用“双基地MIMO雷达”一词的含义略有不同。MIMO双基地雷达是立足双基地体制研究如何应用MIMO技术特点来解决自身问题, 而双基地MIMO雷达立足MIMO体制研究如何将单基地扩展为双基地, 两者的出发点略有不同。本文MIMO双基地雷达一词特指发射站与接收站相距较远距离, 目标散射具有双基地特征, 发射站和接收站均采用阵列天线且发射阵元间距和接收阵元间距均较近, 各阵元发射正交集信号, 接收站可以进行测向的一类雷达。这种新体制雷达结合了MIMO多信号通道和双基地雷达空间分置的特点, 不仅具有MIMO雷达和双基地雷达的固有优势, 同时带来了传统双基地雷达所没有的一些新的特性。
MIMO双基地雷达基本布局如图1所示, 收发阵列在空域上分开配置, 以便扩大对目标观察的双基地角。各单元发射的波形之间彼此正交, 因此在空间不会同相叠加形成高增益的窄波束, 系统发射的能量均匀覆盖几乎所有的雷达责任空间。
典型MIMO双基地雷达系统的构架如图2所示。图中上半部分大方框内所包含的设备构成T/R模式的单基地雷达系统, 称为系统的T/R主站;下半部分虚线框内的设备则构成单纯的接收阵列, 称为系统的R副站;两个阵列之间的控制信息、脉冲信号和频率基准信号通过光纤完成连接。
T/R主站由T/R射频收发组件、主频综、信号采集设备、光电接口和路由设备组成。系统能够根据主控计算机设置的参数, 完成信号产生、放大、发射至接收变频、信号处理及数据录取等。
R副站由副频综、接收组件、信号采集设备、副站计算机以及光电接口、路由设备组成, 构成MIMO双基地雷达的纯接收阵列, 并通过光纤传输信息保证和主站在时间、频率、状态方面工作的同步与协调。
3 MIMO双基地雷达优势
MIMO双基地雷达是分布式网络化防空体系基本的构成单元。它以数字阵列以及高速数字处理平台为基础;发射阵列中的各个子阵发射彼此正交的信号, 电磁能量覆盖几乎所有的责任空间, 回避了双基地雷达在空间搜索、时空同步等方面的难题;高占空比信号结合长时间积累技术避免发射波束展宽导致的威力下降;MIMO技术的特殊潜力与双基地雷达的基本优势有机结合, 使这一新体制的双基地MIMO雷达表现出若干特殊的优点, 如良好的目标定位精度、较强的抗干扰能力和独特的射频隐身能力等等。
3.1 抗饱和攻击能力
现代战争的演变非常迅速, 巡航导弹、战术地地导弹、低成本无人飞机等的出现和大量使用使饱和攻击成为新型防空体系必须面对的挑战。MIMO双基地雷达发射机、接收机空间分集, 通过虚拟阵增加了发射——接收通道数, 从而提高了雷达的饱和跟踪能力, 而由于占空比没有限制以及接收站大幅度前置, 维持雷达威力所需要的CPI时间大幅下降, 可根据目标所处位置的不同灵活地选择不同的跟踪数据率, 这也成为MIMO双基地雷达系统的特色之一。
3.2 抗距离欺骗能力
目标反射信号随目标运动存在很大的起伏, 难以判别出现在波门前沿的究竟是目标信号还是一般的噪声或压缩信号的旁瓣。MIMO双基地雷达能同时获取目标相对于收发阵列的角度信息, 具备信息盈余的特点。因此, 除了像常规双基地雷达一样能获得收发阵列至目标的距离和之外, 还可利用获取的两个角度计算收发阵列至目标的距离和, 避免距离欺骗。
3.3 低截获抗侦察能力
MIMO双基地雷达使用超大时宽发射信号工作, 占空比甚至可接近100%, 对降低雷达的峰值功率, 提高雷达抗信号截获能力很有帮助;且多个独立的信号均分发射功率, 被截获的距离进一步降低。侦察接收机只有接收到足够多规律性的信号后才能完成确认、区分以及最后的辨识。因此, 除非对所有单个发射信道的信号均完成检测和识别, 否则很难简单地完成MIMO雷达信号的识别。
3.4 射频伪装能力
以正交波形和双基地配置作为基础, MIMO双基地雷达可以具备独特的射频伪装能力。MIMO双基地雷达各发射通道交替使用相位编码或者大时宽的线性调频信号, 各通道信号在空间合成的信号类似噪声, 具备天然的伪装效果。虽然侦察接收机可以监视到接收功率的变化, 但难以判定究竟是环境噪声变化还是出现了低截获雷达的噪声类信号。
4 MIMO双基地雷达应用展望
MIMO双基地雷达在体制上的优势决定了其具有广阔的应用前景。以MIMO双基地雷达为基础, 可以构成地空联合的信息获取系统, 用于战区内作战飞机的导航或指挥, 并降低防空导弹的使用成本。使用正交的波形后, 照射到空间合成的信号包含有相对于发射阵列的角度信息, 如果空中的飞机或导弹上配置有高精度定时设备和低成本的纯接收处理设备, 就可以实时地提取这一角度信息并完成自定位功能。MIMO双基地雷达的发射阵列也可安装到浮空的气球或者飞机上, 以改善对低空目标的探测跟踪性能, 获得更好的制导效果。此外, MIMO雷达技术还可以应用于机载/星载进行动目标检测, 能够获得更小的最小可检测目标速度。
MIMO双基地雷达优良的目标检测能力及其反隐身、抗摧毁特性可用于构建岸基预警雷达系统, 检测远距离弱小目标并应付日益发展的隐身技术, 下文将以此为例展开论述。
以MIMO双基地雷达技术为基础, 在未来可建立如图3所示的海岸防空预警体系。体系内将包括使用不同编码、不同频率的雷达, 也包括一个或多个集中式的MIMO雷达, 各雷达可单独工作, 也可以构成一个广泛的分布式MIMO雷达系统, 其中任意一个接收设备均可以接收不止一个雷达的发射并经目标反射回来的电磁波信号, 从而构成很多虚拟的双基地雷达系统。
在这样一个体系架构中, 地波超视距雷达的远程预警潜力, 与C、S、X波段MIMO雷达的高精度定位特性有效地结合起来, 使新一代分布式组网MIMO雷达体系对海面或低空目标具有很强的探测能力, 对己方军民用海面设备具有很强的信息支援能力, 并承担航海、航空管理、监视、控制等关键的任务。特别是作为常备的电磁照射力量, 地面设备可以起到掩护并指挥己方护卫舰艇的作用, 使其可以在电磁静默的状态下完成值班甚至防卫导弹发射、跟踪任务。
5 结论
MIMO双基地雷达具有饱和跟踪能力强、抗截获能力高、检测弱目标能力强、便于对多批目标进行分选等强大优势, 能突破很多常规雷达难以回避的技术瓶颈, 具有非常广阔的应用前景, 包括本文提及的构建海岸预警体系等。但是, 作为一个新生的雷达概念体系, MIMO双基地雷达仍有许多关键技术有待进一步深入研究, 例如MIMO双基地雷达的资源管理技术、阵列误差校正技术、目标定位和跟踪技术等。总之, MIMO双基地雷达及由其构成的分布式防空反导体系的潜能和技术特点仍需要不断地研究和挖掘。随着研究的不断深入, 一个全新的具有高战术技术性能的防空雷达系统将很快展现在我们面前。
摘要：MIMO双基地雷达是近年来提出的新概念, 对其理论和技术的研究已成为雷达领域的热点课题之一。由于结合了MIMO技术和双基地雷达的特点, MIMO双基地雷达具有反侦察、抗干扰、反隐身、对抗反辐射导弹的潜在优势, 在未来雷达中具有广阔的应用前景。文章介绍了MIMO双基地雷达的基本原理和优势, 并结合军事需求与雷达自身特点对其应用前景做了展望。
关键词：MIMO雷达,双基地雷达,应用展望
参考文献
[1]陈永光, 李修和.组网雷达作战能力分析与评估[M].北京:国防工业出版社, 2006.
双基地雷达 篇2
编 号:少微山-2012-2
项 目 名 称： 少微山隧道衬砌质量无损检测
委 托 单 位：丽水市中恒工程检测有限公司
地 点： 丽 水 市 紫 金 路
单 位： 丽水市中恒工程检测有限公司
二0一二年二月十九日
注 意 事 项
1.复制的报告或有涂改的报告无效。2.报告无审核人及批准人签字无效。
3.对报告若有异议，应于收到报告之日起十五日内向检测单位提
出。
地址：丽水市开发北路149号 邮政编码：323000 电话：0578-2058979 传真：0578-2058977 电子邮箱：318389752@QQ.com
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项目名称: 少微山隧道衬砌质量无损检测 委托单位: 丽水市中恒工程检测有限公司
检测人员：
报告编写：
报告审核：
I
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目 录
1.工程概况............................................................3 2.检测依据............................................................3 3.检测精度要求........................................................3 4.检测原理............................................................3 5.采用的仪器和设备....................................................3 6.测线布置............................................................7 7.数据处理和解释......................................................7 8.探地雷达检测结果....................................................9 9.探地雷达检测结果...................................................20
II
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青岛LTD探地雷达检测报告
1.工程概况
略
2.检测依据
根据
TB 10223-2004
J341-2004《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》
JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》
JTG F80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》第一册 土建工程
3.检测精度要求
厘米级
4.检测原理
(1)地质雷达(GroundPenetratingRadar，简称GPR)检测原理
地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱(1 MHz一1GHz)电磁技术。可广泛地应用于浅层的混凝土结构、构造以及于浅层的地质结构、构造和岩性检测。它是利用超高频脉冲电磁波为震源，多以自激自收的形式，可采用连续、间断两种方式探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点。
地质雷达检测原理是根据地质雷达这一超高频短脉冲(106-109Hz)电磁波在结构介质中传播规律确定的。质中传播规律确定的。
电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形数据，可推断介质的结构。
由于地质雷达的发射天线与接收天线之间距离很小，甚至合二为一。当被检结构倾角不大时，反射波的全部路径几乎是垂直平面的。因此，在测线不同位置
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上法线反射时间的变化就反映了被检结构的构造形态。地质雷达工作频率高，在工程及地质介质中以位移电流为主。因此，高频宽带带电磁波传播，实质上很少频散，速度基本上由介质的介电性质决定。因此，电磁波传播理论与弹性波的传播理论有许多类似地方。两者遵循同一形式的波动方程，只是波动方程中变量代表的物理意义不同。地质雷达检测理论是基于地质雷达两者遵循同一形式的波动方程，只是波动方程中变量代表的物理意义不同。地质雷达检测理论是基于地质雷达介电常数有关，雷达检测的探测效果主要取决于不同介质分接口的电性差异的大小，即介质层间介电常数差异越大，则探测效果越好，介质异常在雷达剖面上反映也就越明显，从而易于识别。实测时雷达波通过天线进入衬砌及围岩中，图1 雷达探测原理示意图
遇到材质有差别的介质时，产生接口反射，接收天线接收到反射波，测出反射波
4z2x2的入射、反射双向走时t，就可计算出反射波走过的路程长度，从而
v求出天线距反射面的距zvt（图1）。式中 z为天线到反射面的距离(m)；t2为雷达波从发射至接收到反射波的走时，用ns(纳秒计)，1ns=10-9秒；x为收发天线间距离(m)；v 为雷达波的行走速度(m／ns)；可以用几何光学的概念来看待
c直线传播的雷达波的透射和反射。v0。其中 C0 为雷达波在空气中的传播速度约30cm/ns；ε为介电常数，由波所通过的物质决定。(2)超声波法检测原理
混凝土的物理力学性质受其内部结构特性与外部环境条件等多种因素制
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约，其声波传播特性反映了混凝土的应力应变关系。根据弹塑性介质中波动理论，应力波波速为：
VPE(1)
(1)(12)其中E为介质的动态弹性模量，ρ为密度，μ为泊桑比。而弹性模量与介质的强度之间存在相关性。超声波在混凝土中的传播参数（声时值、声速、波幅、衰减系数等）与混凝土介质的物理力学指标（动弹模、密度、强度）之间的相关关系就是超声检测的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件等内外因素基本一致时，超声波在其中的传播参数应基本一致；而介质中存在缺陷时，超声波则在传播过程中产生绕射、反射、衰减等变化现象，使其声时、声速、频谱等产生变化。高精密声波反射—接收仪器及传感器可记录与描述混凝土的内在质量。
5.采用的仪器和设备
根据使用领域的要求，我们使用LTD-2100型探地雷达主机配置400MHz，1500MHz屏蔽天线。
探地雷达不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但是分辨率会降低；频率越高，探测深度越浅，分辨率会提高。探地雷达探测参数设置：
400 MHz屏蔽天线，采样点512，采集时窗70ns，手动迭加4次，采用测距轮触发探测方式，有效检测深度为2～3米，检测精度和深度可满足混凝土结构工程要求。
1500MHz屏蔽天线，采样点512，采集时窗20ns，手动迭加4次，采用测距轮触发探测方式，有效检测深度为0.1～0.5米，检测精度和深度可满足钢筋混凝土结构工程要求。
检测设备及现场照片如下图所示：
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图（1）LTD-2100型探地雷达主机
图（2）400MHZ屏蔽天线
图（3）1500MHZ屏蔽天线
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6.测线布置
根据测试要求，在丽水市少微山隧道进行了二衬数据采集测试。
数据处理和解释：
探测的雷达图形以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探地雷达垂直剖面图。探地雷达探测资料的解释包括两部分内容：一为数据处理，二为图像解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像，识别现场探测中遇到的有限目标体引起的异常现象，对各类图像进行解释提供依据。
图像处理包括消除随机噪声、压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体，降低背景噪声和余振影响。
图像解释和识别异常是一个经验积累的过程，一方面基于探地雷达图像的正演结果，另一方面由工程实践成果获得。只有获得高质量的探地雷达图像并能正确的判别异常，才能获得可靠、准确的探测解释结果。
识别干扰波及目标体的探地雷达图像特征是进行探地雷达图像解释的核心内容。探地雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号，产生干扰信号的原因很多，干扰波一般都有特殊形状，在分析中要加以辨别和确认。
主要判定特征：
1.密实：衬砌信号幅值较弱，波形均匀，甚至没有界面反射信号； 2.不密实：衬砌界面反射信号强，信号为强反射信号，同相轴不连续，错断，一般区域化分布；
3.空洞：衬砌界面反射信号强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或不规整的双曲线波形特征，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大；
4.脱空：衬砌界面反射信号强，呈带状长条形或三角形分布，三振相明显，通常有多次反射信号；
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5.钢筋网:有规律的连续的小月牙形强反射信号,月牙波幅较窄； 6.钢拱架：单个的月牙形强反射信号,月牙波幅较宽； 7.钢格栅：连续的两个双曲线强反射信号。
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7.探地雷达检测结果
⑴ 少微山隧道二衬边墙钢筋网分布测试： ① GC400MHz屏蔽天线钢筋测试结果：
② GC400MHz屏蔽天线二衬缺陷测试结果
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⑵少微山隧道边墙二衬厚度测试： ①GC400MHz屏蔽天线测试结果：
②GC400MHz屏蔽天线测试厚度报表：
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2012年2月19日
双基地雷达 篇3
但由于双基地雷达采用收发分置的体制,这就增加了双基地雷达目标参数计算的复杂性。 为了实现对目标的良好跟踪,必须对目标的参数进行实时测算。 目前雷达目标参数的计算大多是通过软件的方式来实现的,但是随着雷达数据率的不断提高,软件方法越来越不能满足雷达信号处理的实时性与高速性要求,所以有必要用硬件来实现实时计算。 但双基地雷达目标速度计算涉及复杂的数学运算,若硬件实时计算采用一般的算法来实现,不仅资源消耗大,而且影响运算速度。
由此, 本文根据CORDIC算法通过简单的移位和加减运算就能计算包括乘、除、正余弦、反正切、向量旋转以及指数运算等的优点,将CORDIC算法引入到双基地雷达目标速度的计算中,可大大降低双基地雷达目标速度计算的复杂度,便于硬件实现,从而可以有效提高双基地雷达的跟踪精度。
1双基地雷达速度的计算
双基地雷达的测量坐标如图1所示(以二维坐标为例)。 图1中L为基线长度(发射站、接收站之间的距离),β=θT-θR为双基地角。 设双基地雷达的发射站、接收站均不运动,当测得运动目标的多普勒频率为fβ时,则目标的速度为:
其中,δ 为目标速度矢量与双基地角等分线之间的夹角,双基地角 β 的等分线正交于椭圆轨迹的切线(椭圆的焦点分别是发射站和接收站)。因此,双基地雷达目标速度的计算较单基地雷达的速度计算更复杂,需要除以位置因子cos(β/2)。 如果双基地雷达要获得与单基地雷达同样的数据率,则需要消耗更多的资源。 因此有必要对双基地雷达目标速度的计算方法进行改进。
2 CORDIC算法
2.1 CORDIC算法原理
CORDIC算法是Volde于1959年在美国航空控制系统的设计中提出的。 对于FPGA来说,CORDIC算法是在数字信号处理中计算三角函数的重要方法。 其基本思想是用一系列与运算基数相关的角度的不断偏摆来逼近所需旋转的角度。CORDIC算法的模式分为圆周模式、线性模式以及双曲线模式[2,3]。 其中,圆周模式又分为旋转模式和向量模式。 下面介绍旋转模式下CORDIC算法实现正余弦计算的原理。
如图2所示, 在直角坐标平面内,将点(X1,Y1) 旋转 θ 角度到点(X2,Y2) , 可表示为:
式(2)的变换称为向量旋转或线性代数中的Givens变换。 通过提出因子cosθ,式(2) 可变换为:
在CORDIC旋转中, 其基本思想是把向量的一次旋转转化为N次固定与运算基数有关的角度旋转。 设共旋转N次, 其中第i次旋转的角度为 θi=arctan2- i, 则 ,i= 0 ,1 ,2 , … ,N 。 因此第i次旋转的表达式为:
在这里引入第3个方程,用来在每次迭代过程中追踪累加的旋转角度:
在式(4)和式(5)中,di表示每次旋转的方向。 di= sign( Zi) ,sign为符号函数。 当Zi≥0时,di=1 , 表示向顺时针方向旋转; 当Zi<0时,di=- 1 , 表示向逆时针方向旋转。 为每一级的校正因子,即每一级旋转时向量模长发生的变化。 对于字长一定的运算,总的校正因子是一个常数。 若总的旋转次数为N,则总校正因子用KN表示为:
例如:当N等于16时,KN≈0.607 25。
当旋转次数N确定时,可得N次旋转后的表达式为:
当X0=KN、Y0=0 、Z0=θ 时 , 可得 :
2.2 CORDIC算法的改进
基本CORDIC算法的旋 转角度和 , 即基本CORDIC算法的最大角度覆盖范围为-99.88°≤θmax≤99.88°[4]。
双基地角 β 和目标速度矢量与双基地角等分线之间的夹角 δ 的范围均在0°~180°内, 要实现对双基地雷达目标速度的准确计算, 就必须对 θmax的范围进行扩展。 针对三角函数的对称性,可以把输入角度 θ 限制在- 90 ° ~ 90° 内。 若 θ ≥ 0° , 则 θ ′ =θ - 90 ° ; 若 θ ≤ 0° , 则 θ ′ = θ +90 ° 。 根据三角函数变换公式可得:
3双基地雷达目标速度计算模块的设计
3.1角度预处理模块的设计
在双基地雷达目标速度的计算中,β、δ 的角度范围均在0°~180° 内, 而CORDIC算法的角度的覆盖范围为-99.88°~99.88°, 因此在用FPGA模块进行速度计算时,需要对 β、δ 进行预处理。
本文在QuartusII 7.2软件环境下进行FPGA实现, 并在EP2C70F896C6芯片上进行验证。 设输入数据的长度为17 bit,最高位是符号位,接着是1个整数位,低15 bit为小数位。 对于浮点数计算占用资源多并且实现复杂的问题,解决方法是采用定点运算,将浮点数都扩大215倍, 最后将输出的结果缩小215倍, 就得到需要的结果[5]。 由于数据用16 bit表示,所以90°表示为(90°×32 768)/ 360°=8 192 。 进行角度预处理的关键VHDL代码如下:
3 . 2正余弦值计算模块的设计
在双基地雷达目标速度的计算中,关键技术是正余弦值的计算,正余弦值的计算速度直接关系到双基地雷达目标速度的数据率。 综合考虑计算的速率和FPGA硬件资源的消耗,本文采用流水线结构CORDIC算法来实现正余弦值的计算。 CORDIC流水线结构利用N个相同的运算单元,让每次迭代同时进行[6]。 用流水线结构实现CORDIC算法的结构图如图3所示。 其中,每一次迭代都由一个单独的CORDIC单元来完成,每一次迭代后都有一个数据锁存器。
CORDIC单元的结构图如图4所示。 根据单个CORDIC单元的结构图,应用原理图设计法,可以设计出CORDIC单元的顶层模块。 将CORDIC单元和数据锁存器级联, 就可以得到流水线结构CORDIC算法的顶层结构。 在QuartusII 7.2软件环境下对设计的流水线结构CORDIC模块进行仿真,仿真结果如图5所示,仿真值如表1所示。
从仿真结果可以看出, 本文设计的流水线结构CORDIC模块计算出的正余弦值计算精度很高, 可以满足双基地雷达计算精度的要求。
3 . 3速度计算总体模块的设计
前面已经完成了正余弦值计算模块和角度预处理模块的设计,最后只需要对运算模块进行设计,再将正余弦值计算模块、角度预处理模块和运算模块结合起来就可以完成速度计算总体模块的设计。 运用原理图设计法,用加法器、乘法器和移位寄存器可以方便地实现运算模块。 运算模块的功能是将正余弦值计算模块计算结果与双基地雷达的波长和目标的多普勒频率进行相应的计算,最终得到双基地雷达目标的速度。
双基地雷达的波长和目标的多普勒频率均用17 bit浮点数表示。设波长 λ=3 cm,多普勒频率为fβ=9 kHz , 双基地角 β=60°, 目标速度矢量与双基地角等分线之间的夹角 δ=57°。 在QuartusII 7.2软件中利用设计的速度计算总体模块对目标速度进行仿真计算, 可计算得到目标速度v=285.9 m/s, 与理论值v0=286.1 m/s十分接近,计算结果精度较高,可满足双基地雷达测速的精度要求。
另外,QuartusII 7.2的编译报告显示,实现此速度计算模块消耗逻辑单元3 965个,占总逻辑单元的6%。 而若用传统的查找表法先计算出角度正余弦值,再计算双基地雷达目标的速度, 则需要较大的ROM来存储角度的正余弦值, 并且还会消耗较多的乘法器。 所以采用CORDIC算法计算双基地雷达目标速度在保证计算精度的同时,还能减少资源消耗,提高工作速度,提高了双基地雷达的数据率。