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宽带数字阵波形产生器的研究与实现

作　者: 钟文
导　师: 吕幼新
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 宽带数字阵列波形产生脉冲压缩线性调频直接数字合成 AD9910
分类号: TN974
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电子对抗技术的发展,雷达正面临目标环境和电磁环境日益严峻的挑战。为应对日益严峻和高度电子对抗的环境,雷达必须进一步提高高精度、多功能、多目标探测、抗干扰、多种自适应应和目标识别的能力。提高这些性能的方法之一就是使用阵列雷达,发射宽带的脉冲压缩信号。随着现代数字技术和VLSI技术的发展,通过数字方式获得脉冲压缩信号已成为现代雷达普遍采用的波形合成方法。数字方法生成的波形具有严格的相干性、可重复性、高度的稳定性和可编程的优点,能够方便地实现波形参数捷变以及产生任意复杂波形,满足了现代电子战环境中对雷达抗干扰和强生存能力的迫切要求。本文在讨论了数字阵列雷达理论和脉冲压缩技术理论的基础上,分析了直接数字合成(DDS)技术的工作原理,分析了阵列雷达发射信号的延迟误差,相位误差,加权误差对DBF波束形成的影响,提出了四套备选方案并进行了比对,设计并实现了基于直接数字频率合成技术(DDFS)数字阵列雷达波形产生器系统。该系统可产生200MHz中频,2.5MHz/ 200MHz带宽的线性调频信号,并且具有相位,幅度,发射延时可控等优点。实测结果表明,该系统工作稳定,产生雷达信号波形质量好,相位、幅度可控并可达到ps级的精确延时,均达到了数字阵列雷达对波形产生的工程应用要求,具有重要的工程应用价值。本文的主要工作之处在于:(1)从阵列雷达的原理和直接频率合成(DDS)的原理出发,分析了阵列雷达发射信号的延迟误差,相位误差,加权误差对DBF波束形成的影响。(2)提出系统设计的四套方案,并就其中的理论设计和工程实践问题进行了详细讨论,最后选择最优方案。(3)设计并完成了基于AD9910的数字阵列雷达波形产生器,并对其进行了调试。经实测,总体性能符合指标要求。在工程实现的基础上,对基于DDS技术的宽带数字信号产生系统性能进行了分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 雷达信号波形产生的研究内容  9-11
  1.2 波形产生技术的发展  11-12
  1.3 本章小结  12-13
第二章宽带数字阵列雷达基本理论  13-31
  2.1 数字阵列雷达概念  13
  2.2 数字阵列雷达结构  13-14
  2.3 线性调频脉冲压缩技术  14-18
    2.3.1 模糊函数与雷达分辨率  14-16
    2.3.2 线性调频信号波形形式讨论  16-18
  2.4 直接数字合成（DDS）误差分析  18-22
    2.4.1 DDWS 与DDFS 误差模型  18-19
    2.4.2 采样失真对输出信号的影响  19
    2.4.3 相位截断误差带来的影响  19-20
    2.4.4 幅度量化误差带来的影响  20-21
    2.4.5 DAC 带来的影响  21
    2.4.6 镜像频率干扰真影响  21-22
  2.5 DDS 误差对宽带数字阵列雷达发射波形成的分析  22-30
    2.5.1 相位误差的影响  23-26
    2.5.2 加权系数的影响  26
    2.5.3 延时误差的影响  26-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章宽带数字阵波形产生器的设计与实现  31-55
  3.1 数字阵雷达系统总体实施方案  31-32
  3.2 数字波形产生器的功能要求  32
  3.3 系统设计的外部接口要求  32-34
  3.4 系统方案的选取  34-41
    3.4.1 数字基带产生＋正交调制  34-36
      3.3.1.1 方案一：基带直接波形合成+正交调制  35
      3.4.1.2 方案二：基带直接频率合成+正交调制  35-36
    3.4.2 中频直接数字合成  36-37
      3.4.2.1 方案三：中频直接波形合成（DDWS）  36
      3.4.2.2 方案四：中频直接频率合成（DDFS）  36-37
    3.4.3 方案比较与选择  37-41
      3.4.3.1 采样频率的选择  37-39
      3.4.3.2 方案比较和选择  39-41
  3.5 系统各模块功能、器件选择及硬件电路设计  41-51
    3.5.1 接口驱动模块  41-43
    3.5.2 FPGA 模块  43-48
      3.5.2.1 SOPC 模块  45-47
      3.5.2.2 DDS 配置模块  47-48
      3.5.2.3 4115 步进延时模块  48
      3.5.2.4 参数传递模块  48
    3.5.3 外围存储器模块  48
    3.5.4 直接数字合成器(DDS)模块  48-50
    3.5.5 放大滤波模块  50
    3.5.6 电源模块  50-51
  3.6 关键技术  51-54
  3.7 本章小结  54-55
第四章系统测试结果及分析  55-71
  4.1 系统测试指标  55-56
  4.2 系统测试框图  56
  4.3 测试结果  56-70
    4.3.1 窄带模式测试结果  56-60
      4.3.1.1 时域图和频域图  56-58
      4.3.1.2 脉冲压缩处理测试  58-60
    4.3.2 宽带模式测试的结果  60-64
      4.3.2.1 时域图和频域图  60-61
      4.3.2.2 脉冲压缩处理测试  61-64
    4.3.3 延时控制功能  64-67
    4.3.4 相位移动控制功能  67-70
  4.4 系统实物照片  70
  4.5 本章小结  70-71
第五章结束语  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-74
个人简历  74-75

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