以FPGA設計輕型雷達之數位電路｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	李永財 Yung-tsai Li
論文名稱：	以FPGA設計輕型雷達之數位電路 FPGA Based FM/CW radar signal processing
指導教授：	陳錕山 Kun-shan Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	地球科學學院 - 太空科學研究所 Graduate Institute of Space Science
畢業學年度：	99
語文別：	中文
論文頁數：	65
中文關鍵詞：	雷達、合成孔徑、調頻連續波
外文關鍵詞：	SAR, FMCW radar, FPGA
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合成孔徑雷達技術是重要的遙測工具，然而傳統合成孔徑雷達系統必須使用大功率輸出脈衝模組，造成輕型載具使用上的限制。調頻連續波雷達具有體積小、低廉的優點。結合合成孔徑雷達技術，可以開發體積小、輕量、經濟的高品質影像酬載。因此，FMCW-SAR系統可以應用在民用工程、地球觀測、遙測科學等領域。
本研究建構FMCW-SAR的數位電路部分，包含了：數位/類比轉換器、數位信號控制器、傳輸暫存器、電腦通訊協定…等功能的實現。在開發平台的選擇上，可程式邏輯晶片（FPGA）具有獨特優點如設計容易修改，功耗小、重量輕…等，因此選擇FPGA作為開發初期的工具。FMCW雷達的基頻類比訊號經過取樣數位化，藉著控制器傳輸訊號儲存在記憶體內，最後傳輸到電腦上得到原始資料(raw data)，以透過合成孔徑的演算法得到符合理論解析度的影像。

FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar systems are generally small-scale and relatively cheap to development and research. With Synthetic Aperture technique, the radar system leads to development of a small, lightweight, and cost-effective high resolution imaging sensor. Consequently, FMCW-SAR systems can apply in many fields such as civil engineering, Earth observation and remote sensing science.
In this study, we focus on digital circuit design for signal processing. This includes analog/digital converter, digital signal controller, transmission buffer, PC communication protocol, etc. To utilize the field programmable gate array (FPGA) as a platform because FPGA has many advantages such as easy modification or light weight. The FPGA-based signal processing unit has functions of sampling and storing. We apply synthetic aperture processing to image by the FMCW system. The results show that the accuracy of position or size has meeting the specifications.

ABSTRACT	III
第一章	緒論	1
1-1 研究動機與目的	1
1-2 章節介紹	3
第二章	雷達系統原理	4
2-1  雷達影像	4
2-2	 SAR  的演進	5
2-3 	側視雷達（SLAR）	6
2-4 	合成孔徑雷達（SAR）	7
2-5 距離解析度與方位解析度	8
2-6 脈波壓縮技術	10
2-7 線性頻率調變	11
2-8連續波雷達與脈衝波雷達	13
2-9 奈奎斯特取樣定理	16
2-10 雷達方程式	18
第三章	雷達數位電路設計	20
3-1 系統架構	20
3-1-1 可程式化邏輯 FPGA	20
3-1-2  FPGA原理	21
3-1-3  FPGA設計流程簡介	24
3-1-4  選擇FPGA的優點	26
3-1-5 系統平台介紹	27
3-1-3 硬體描述語言VHDL	29
3-2 信號發射端	30
3-3-1數位頻率直接合成器	30
3-3 信號接收端	33
3-2-1 數位/類比轉換器	33
3-2-2 非同步串列傳輸	34
3-2-3 同步隨機動態存取記憶體	38
第四章 系統驗證與實驗	41
4-1 FMCW雷達系統參數與射頻元件	41
4-2 DDS模組	45
4-3距離方向測試	47
4-4 系統實驗一	49
4-5系統實驗二	52
4-6 系統實驗三	54
第五章  結論與展望	61
5-1結論	61
5-2展望	62
參  考  文  獻	64

                                

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[16] Xilinx web site http://www.xilinx.com/

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