基于FPGA技术的雷达现行调频信号的实现方法
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:355
| 引言
线性调频信号可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，作为一种常用的脉冲压缩信号，已广泛应用于高分辨率雷达领域[1]。传统的获得线性调频信号主要借助模拟方法，由于模拟方法对环境温度比较敏感、信号波形比较单一、难以实现高的线性调频度、电路复杂及信号间的相关性不理想等，从而制约了雷达整机性能的提高[1]。 dds（直接数字频率合成）技术是解决这一问题的最好办法，dds技术从相位的概念出发进行频率合成，采用数字采样存储技术，可以产生点频、线性调频、ask、fsk等各种形式的信号，并且其幅度和相位一致性都很好，具有电路控制简单、方便灵活、可靠性高、相位精确、频率分辨率高、频率切换速度快、输出信号相位噪声低、易于实现全数字化设计等突出的优点。 在雷达系统中采用dds技术可以灵活地产生不同载波频率、不同脉冲宽度、不同脉冲重复频率等参数的信号，为雷达的设计者提供了全新的思路。 dds是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、正弦波形rom存储器、d/a转换器和低通滤波器构成。 输出信号波形的频率表达式为： 式中，fclk为参考时钟频率，δφ为相位增量，表现以多大的间隔对信号相位进行累加，也称为频率控制字，n为相位累加器的位数。 所以，只要n足够大，dds可得到很小的频率间隔，要改变dds的输出信号的频率，只要改变δφ即可。 可见，当参考时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率的控制字，频率分辨率取决于累加器的位数，相位分辨率取决于rom的地址线位数，幅度量化取决于rom的数据字长和d/a转换器的位数。 2 基于fpga的dds软件编程产生线性调频信号 利用专用dds芯片是目前比较流行的信号产生方法，专用dds芯片把所有功能集中在一块芯片上，需要设计者依次为平台进行开发[3]。而基于fpga（现场可编程门阵列）的dds软件编程则根据dds技术的基本原理，充分利用了fpga作为大规模芯片的资源优势和高速运算能力，除了能产生专用dds芯片所具备的单频连续波、非连续波、各种形式的线性调频信号以外，还可以借助fpga庞大的资源优势和内部存储器，使非线性调频等更复杂的信号更容易实现。 在具体实现过程中主要采用一块基于fpga的雷达信号处理卡，既可以采集来自雷达接收机的中频、视频信号并对其进行数字信号处理，又可以自身模拟产生雷达中频、视频信号进行数字信号处理或不处理直接送往雷达信号处理机。 fpga采用xilinx公司的10万门fpga芯片xc2s100e，其配置芯片为xilinx公司的1mbit容量prom芯片xc18v01，以主动串行方式对fpga进行上电配置，a/d、d/a转换器分别为adi公司12位高速a/d数转换芯片ad9224与14位高速d/a转换芯片ad9764。sram采用cypress公司的256k×16bits sram芯片cy7c1041。 设计中利用fpga实现32位/33mhz的pci接口逻辑，进行实时信号采集和传输控制，由于fpga具有层次化的存储器系统，其基本逻辑功能块可以配置成16×1、16×2或32×1的同步ram，或16×1的端口同步ram。因此，可以在fpga内部配置高速双口sam用来作为信号传输的数据缓冲器。同时，为了节省fpga的内部逻辑资源，在fpga外围配置了适当的sram用来存储数据。 结合本处理卡的结构特点，硬件采用fpga与高速d/a方案产生线性调频信号，在fpga内部实现dds电路,fpga输出全数字线性调频信号送往高速d/a转换器得到最终的模拟线性调频信号，由于本处理卡采用pci总线结构，因此可通过计算机实时修改线性调频信号的参数设置，改善了人机接口，提高了系统的灵活性。 dds电路产生的是固定频率的正弦波信号，信号频率受相位增量δφ控制，若要产生线性调频信号，则必须实时改变δφ，使δφ根据频率步进量fstep而线性变成，因此，基于fpga软件编程实现线性调频信号时，需要在fpga内部实现频率累加器 电子工程师
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