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基于AD9854的非线性调频脉压雷达信号的产生技术

发布时间:2020-07-21 18:33:47 阅读: 来源:调音台厂家

摘要:由于非线性调频(NLFM)信号固有的距离旁瓣较低而无需加权处理,避免失配损失而倍受关注。介绍一种基于直接数字频率合成(DDS)的非线性调频信号的硬件系统结构和软件设计方法。该设计主要通过控制DDS器件AD9854,采用折线型逼近方式产生非线性调频信号。实验证明该设计满足要求。关键词:非线性调频(NLFM);直接数字合成(DDS);AD9854;旁瓣抑制

本文引用地址: 引言 虽然线性调频信号在提高雷达性能方面已经展现了显著的优势,但其脉冲压缩时会有较高的旁瓣,不便于邻近弱目标的检测。若采用失配加窗的方法抑制距离旁瓣,又会引起信噪比损失,降低雷达的距离分辨力。非线性调频信号因其固有的距离旁瓣较低,无需加权就可获得很高的主旁瓣比、较窄的主瓣宽度和良好的多普勒响应能力。另外,从雷达信号的低截获概率方面考虑,由于时宽带宽的平方根与截获因子成反比,脉冲压缩信号也是实现雷达低截获概率的主要技术措施之一,所以研究产生非线性调频信号具有重要的现实意义。采用现今流行的DDS器件(AD9854),做为主控制器件通过分段线性折线逼近法硬件,产生非线性调频信号。

2 基本原理2.1 S型调频函数设计 非线性调频函数设计主要是S型调频函数的设计,其产生的主要方法是基于各种窗函数进行波形设计,常用的窗函数有海明窗(Hamming)、汉宁窗(Hanning)、余弦4次方窗,布莱克曼(Blackman)窗等,这里采用海明窗设计。 利用相位逗留原理,海明窗的窗函数可得到信号的群延时为:

式中,k为常数,且满足为信号调频带宽。 式(1)求反函数,得到信号的调频函数f(t)=T-1(f),因而相位函数为:

实际上,很难将式(1)的反函数写成解析形式,而只能得到其数值反函数,这样式(2)的连续积分变为数值积分,故非线性调频信号的产生则基于数值方法实现。 设置信号的各参数:时宽τ=20μs,带宽B=4 M,采样频率fS=2B,2(f)=0.54+0.46cos(2πf/B),然后对信号脉压仿真,图1给出非线性调频信号不加窗和加窗后的脉压效果对经,可看出,非线性调频NLFM的脉压具有良好的旁瓣抑制,加窗后的脉压只比不加窗减少了约9 dB。

2.2 DDS原理 图2为DDS的基本原理框图,它主要由标准参考频率源、相位累加器、波形存储器、数模转换器等组成。其中,参考频率源是一个高稳定的晶体振荡器,其输出信号用于DDS中各部件同步工作。DDS作为一种频率合成器,应用取样原理。即以较高的参考频率作为取样时钟,在时钟的每个周期内,希望输出得到频率波形取样值。输出取样值的大小由相位累加器输出的相位决定,而输出波形的频率由送入DDS的频率控制字FTW决定。

3 硬件结构设计及软件实现3.1 AD9854简介 AD9854数字合成器是采用先进的DDS技术,并有2个内部高速、高性能的正交D/A转换器实现数字可编程的I和Q路合成器功能。当AD9854作为精确的时钟源时,它能产生高稳定度,频率、相位、幅度均可编程的正弦和余弦输出且能用作一个灵活的本振,应用通信、雷达等领域。AD9854的高速DDS内核提供了48位的频率分辨率(当SYSCLK为300 MHz时,调节分辨率1Hz),相位截断到17位,保证良好的SFDR。AD9854的电路结构允许产生频率达到150 MHz的正交输出信号,它能在高达100 MHz/s更新频率下进行数字调节。3.2 硬件设计方案 信号产生系统硬件主要有AD9854,ADSP21065L,带通滤波器,FPGA噪声产生电路,DDS输出中频信号增益控制,噪声信号相加电路,以及相关的时钟,电源,FPGA控制等功能单元。DDS模块主要由AD9854,ADSP21065L和相应的FPGA控制逻辑构成。ADSP21065L根据FPGA的控制时序来设置DDS的工作方式和控制字。图3为信号产生系统的硬件逻辑框图。

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