文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)01-0047-03
雙基地雷達的收發(fā)系統(tǒng)分置兩地，接收機靜默,，這種體制的雷達在抗后向有源干擾和抗反輻射導彈方面具有明顯的優(yōu)勢,。由于隱身飛行器的隱身效果主要表現(xiàn)在鼻錐方向的后向散射上，而雙基地雷達的接收站接收到的是目標在其他方向的散射,，其等效的雙基地雷達目標的RCS（雷達截面積）較后向散射的RCS大,。因此，在抗隱身方面,，雙基地雷達也有潛力[1],。
但由于雙基地雷達采用收發(fā)分置的體制，這就增加了雙基地雷達目標參數(shù)計算的復雜性,。為了實現(xiàn)對目標的良好跟蹤,，必須對目標的參數(shù)進行實時測算。目前雷達目標參數(shù)的計算大多是通過軟件的方式來實現(xiàn)的,，但是隨著雷達數(shù)據(jù)率的不斷提高,，軟件方法越來越不能滿足雷達信號處理的實時性與高速性要求，所以有必要用硬件來實現(xiàn)實時計算,。但雙基地雷達目標速度計算涉及復雜的數(shù)學運算,，若硬件實時計算采用一般的算法來實現(xiàn),，不僅資源消耗大，而且影響運算速度,。
由此,，本文根據(jù)CORDIC算法通過簡單的移位和加減運算就能計算包括乘、除,、正余弦,、反正切、向量旋轉(zhuǎn)以及指數(shù)運算等的優(yōu)點,，將CORDIC算法引入到雙基地雷達目標速度的計算中,，可大大降低雙基地雷達目標速度計算的復雜度，便于硬件實現(xiàn),，從而可以有效提高雙基地雷達的跟蹤精度,。
3 雙基地雷達目標速度計算模塊的設計
3.1 角度預處理模塊的設計
在雙基地雷達目標速度的計算中,，β,、δ的角度范圍均在0°～180°內(nèi)，而CORDIC算法的角度的覆蓋范圍為-99.88°～99.88°,，因此在用FPGA模塊進行速度計算時,，需要對β、δ進行預處理,。
本文在QuartusII 7.2軟件環(huán)境下進行FPGA實現(xiàn),，并在EP2C70F896C6芯片上進行驗證。設輸入數(shù)據(jù)的長度為17 bit,，最高位是符號位,，接著是1個整數(shù)位，低15 bit為小數(shù)位,。對于浮點數(shù)計算占用資源多并且實現(xiàn)復雜的問題,，解決方法是采用定點運算，將浮點數(shù)都擴大215倍,，最后將輸出的結(jié)果縮小215倍,，就得到需要的結(jié)果[5]。由于數(shù)據(jù)用16 bit表示,，所以90°表示為(90°×32 768)/360°=8 192,。進行角度預處理的關(guān)鍵VHDL代碼如下：
IF (Zin≥0) THEN
Zin0<=Zin-8192
ELSE Zin0<=Zin+8192
END IF
IF (Zin≥0) THEN
Xout15<=-Yout15_Zin0
Yout15<=Xout15_Zin0
ELSE
Xout15<=Yout15_Zin0
Yout15<=-Xout15_Zin0
END IF
3.2 正余弦值計算模塊的設計
在雙基地雷達目標速度的計算中，關(guān)鍵技術(shù)是正余弦值的計算,，正余弦值的計算速度直接關(guān)系到雙基地雷達目標速度的數(shù)據(jù)率,。綜合考慮計算的速率和FPGA硬件資源的消耗，本文采用流水線結(jié)構(gòu)CORDIC算法來實現(xiàn)正余弦值的計算,。CORDIC流水線結(jié)構(gòu)利用N個相同的運算單元,，讓每次迭代同時進行[6],。用流水線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)CORDIC算法的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。其中,，每一次迭代都由一個單獨的CORDIC單元來完成,，每一次迭代后都有一個數(shù)據(jù)鎖存器。
從仿真結(jié)果可以看出,，本文設計的流水線結(jié)構(gòu)CORDIC模塊計算出的正余弦值計算精度很高,，可以滿足雙基地雷達計算精度的要求。
3.3 速度計算總體模塊的設計
前面已經(jīng)完成了正余弦值計算模塊和角度預處理模塊的設計,，最后只需要對運算模塊進行設計,，再將正余弦值計算模塊、角度預處理模塊和運算模塊結(jié)合起來就可以完成速度計算總體模塊的設計,。運用原理圖設計法,，用加法器、乘法器和移位寄存器可以方便地實現(xiàn)運算模塊,。運算模塊的功能是將正余弦值計算模塊計算結(jié)果與雙基地雷達的波長和目標的多普勒頻率進行相應的計算,，最終得到雙基地雷達目標的速度。
雙基地雷達的波長和目標的多普勒頻率均用17 bit浮點數(shù)表示,。設波長λ=3 cm,，多普勒頻率為fβ=9 kHz，雙基地角β=60°,，目標速度矢量與雙基地角等分線之間的夾角?啄=57°,。在QuartusII 7.2軟件中利用設計的速度計算總體模塊對目標速度進行仿真計算，可計算得到目標速度v=285.9 m/s,，與理論值v0=286.1 m/s十分接近,，計算結(jié)果精度較高，可滿足雙基地雷達測速的精度要求,。
另外,，QuartusII 7.2的編譯報告顯示，實現(xiàn)此速度計算模塊消耗邏輯單元3 965個,，占總邏輯單元的6%,。而若用傳統(tǒng)的查找表法先計算出角度正余弦值，再計算雙基地雷達目標的速度,，則需要較大的ROM來存儲角度的正余弦值,，并且還會消耗較多的乘法器。所以采用CORDIC算法計算雙基地雷達目標速度在保證計算精度的同時,，還能減少資源消耗,，提高工作速度，提高了雙基地雷達的數(shù)據(jù)率。
本文根據(jù)雙基地雷達測速的要求,，針對傳統(tǒng)速度計算方法速度慢,、資源消耗大的缺點，基于CORDIC算法設計了雙基地雷達測速模塊,，并進行了仿真驗證和硬件FPGA的實現(xiàn),。仿真結(jié)果表明，本文設計的雙基地雷達測速模塊精度高,、速度快,、資源消耗少，能滿足雙基地雷達測速的實際要求,。另外,，本文利用VHDL語言和原理圖對測速模塊進行設計，采用模塊化設計思想,，使得本設計靈活簡便,，可移植性強，通用性好,，可以很好地應用到實際工程領(lǐng)域中,。
參考文獻
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