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因此，全球各大厂商都投入很大精力，争相研制性能优越的二次雷达及应答解码处理系统。

本文描述了项目背景和应用价值；

阐述了二次雷达的发展历程；

简介了单脉冲二次雷达的系统原理；

说明了ALTERA公司的FPGA结构原理及其主要运用；

主要论述了单脉冲二次雷达应答解码系统的主要功能和硬件算法设计；

本文也对单脉冲二次雷达应答解码系统的数据处理处理流程作了简要介绍，以便构成完整的应答解码系统。

在本项目研制中，应答解码处理系统借鉴软件无线电设计思想，采用先进的现场可编程阵列芯片FPGA+PC104计算机体系结构设计。

运用超大规模集成电路使应答回波解码处理集成在一片FPGA芯片内，做到应答解码SOPC，具有灵活性好、适应性强、集成度高、可靠性高和扩展性强等优点；

采用PC104体系结构的计算机模块作为数据处理硬件平台具有处理能力强、实时性高、通用性好等特点，使系统处理性能大大提高，克服了早期的二次雷达应答解码处理采用分立元件、中小规模集成电路设计的性能低、可靠性差和处理能力弱的缺点。

在本项目研制中，本人负责单脉冲二次雷达应答解码系统方案论证、性能指标分析和测试验证，重点是单脉冲二次雷达应答解码处理研究和设计。

经过一年多的设计调试和应答解码算法研究，并在整机上联试和长期进行民航班机的询问观测使用，现已通过专家鉴定，取得了良好成效，整个项目研制达到了研制要求和预期的效果。

关键词：

单脉冲二次雷达，应答解码，数据处理，FPGA

目录

第一章引言1

1.1背景1

1.2项目实用价值3

1.3国内外研究动态3

1.4项目目标及论文内容4

第二章单脉冲二次雷达的系统原理6

2.1系统信号流程6

2.2询问模式7

2.3应答信号8

2.3.1识别码9

2.3.2高度码10

2.4询问旁瓣抑制10

2.5接收旁瓣抑制11

2.6单脉冲原理11

第三章应答解码系统的功能和硬件算法设计13

3.1FPGA介绍14

3.1.1FPGA的选型14

3.1.2硬件开发工具15

3.1.3FPGA硬件资源的应用17

3.2单脉冲二次雷达应答解码系统的主要功能17

3.2.1信号解码17

3.2.2系统工作配合18

3.2.3可测试性设计19

第四章总结42

致谢43

参考文献44

在学期间研究成果46

第一章引言

1.1背景

雷达是英文Radar单词的音译，是RadioDetctionandRanging的缩写，原意为“无线电检测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置，因此，雷达也称为“无线电定位”。

随着雷达技术的发展，雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标的速度及目标形态等特性。

其缺点是被监视的目标飞行器必须被安装相应的询问应答器[1]。

1.2项目实用价值

次雷达整机联试，实现各项指标要求；

写成论文和总结报告。

在本项目中作者采用了FPGA+PC104的硬件体系结构，完成所有硬件电路的设计，并主要致力于以下几个方面的工作：

1）高速大容量FPGA设计技术；

2）高速ADC的应用；

3）单脉冲二次雷达应答信号解码算法研究。

本论文的主要内容安排如下：

第一章项目的研制背景、国内外研究动态及研究价值等。

第二章单脉冲二次雷达的系统原理。

第三章应答解码系统硬件的设计原理、算法和实现方法。

第四章应答解码系统软件的设计原理和算法流程。

第五章试验结果。

第六章总结。

第二章单脉冲二次雷达的系统原理

本章结合本项目研制的单脉冲二次雷达样机，介绍单脉冲二次雷达系统的主要原理。

2.1系统信号流程

图2－1单脉冲二次雷达工作流程图

2.2询问模式

2.3应答信号

空中飞行目标的应答器在收到一个正确的询问模式脉冲后，根据询问模式自动应答一串脉冲，这串脉冲就叫做应答码，其信号形式如图2－3所示[3]。

图2－3应答信号

假如以移动台坐标（x，y）为圆心半径为r的圆内，出现的概率为50%，那么这个半径r就被称之为圆概率误差。

CEP有以下几种估算式（设

）。

（2-19）

（2-20）

其中

和

分别为定位结果在X坐标上和Y坐标上的方差，上面几种估计方法中（2-18）式精度最高，误差小于1%，式（2-19）和式（2-10）计算相对简单但是误差高一些一般误差小于10%。

2.3.1识别码

2.3.1.1识别码的作用

第三章应答解码系统的功能和硬件算法设计

3.1FPGA介绍

3.1.1FPGA的选型

Stratix系列FPGA的简要特性见表3－1所示[4]。

表3－1StratixFPGA系列

特性

EP1S10

EP1S20

EP1S25

EP1S30

EP1S40

EP1S60

EP1S80

逻辑单元LE

10570

18460

25660

32470

41250

57120

79040

M512RAM

94

194

224

295

384

574

767

M4KRAM

60

82

138

171

183

292

364

M-RAM

1

2

4

6

9

DSP块

10

12

14

18

22

锁相环

最大用户I/O

426

586

706

726

822

1022

1238

第四章数据处理软件算法设计原理

4.1点/航迹处理

第五章试验结果

作为一个论文课题和研制产品，在完成解码算法研究和功能设计后，要进行各项性能的详细测试，这主要包括应答解码测试和整机使用验证。

5.1应答解码系统试验

第六章总结

早期的二次雷达应答解码系统多采用分立元件、中小规模集成电路和可编程芯片设计，在本项目研制中应答解码采用先进的可编程FPGA设计，使应答解码做到SOPC，具有灵活性好、适应性强、集成度高和可靠性高等优点[19]。

本FPGA的系统时钟是20MHz，极大地提高了应答解码的处理速度和精度。

整个FPGA资源统计如下：

●逻辑资源利用率略大于50％；

●引脚利用率80％；

●存储器利用率66％；

●DSP利用率6％。

在本应答解码系统设计中，采用PC104体系结构的计算机模块作为数据处理硬件平台，具有处理能力强、实时性高和通用性好等特点，使系统处理能力大大提高，数据处理能力达到的指标为：

●点迹处理能力：

≥10000点/10s；

●航迹处理能力：

≥300批/10s。

经过长达半年多时间的系统测试和工作使用，单脉冲二次雷达及其应答解码系统研制达到了预期的效果，现已经过所级专家鉴定，其整体性能指标已超过了国内外同类产品水平，为我所S模式的单脉冲二次雷达应答解码系统设计积累了经验，奠定了基础。

对系统进一步改进的建议：

●利用和、差两路回波幅度信息，提取在多目标应答回波交叠的情况下各应答代码及置信度，提高应答混淆情况下的代码提取准确性；

●根据反射应答码在距离和回波幅度等特点，加强在强反射环境下的应答反射代码自动抑制；

●进一步研究S模式的单脉冲二次雷达应答解码系统。

致谢

参考文献

[1]王浩刚,聂在平.三维矢量散射积分方程中奇异性分析.电子学报,1999,27（12）:

68-71

[2]竺可桢.物理学.北京：

科学出版社,1973,56-60

[3]YiZhang,LeminLi,BoLi.NetworkTrafficModelingUsingFully-StableCascades.2005InternationalConferenceonCommunication,CircuitsandSystems,Vol.2:

726-730

[4]陈念永.毫米波细胞生物效应及抗肿瘤研究：

[博士学位论文].成都：

电子科技大学,2001

[5]姜锡洲.一种温热外敷药制备方法.中国专利，881056073，1980-07-26

[6]中华人民共和国国家技术监督局.GB3100-3102.中华人民共和国国家标准－量与单位.北京：

中国标准出版社，1994-11-01