线性调频信号产生方法.doc

线性调频信号产生方法研究
摘要：本文利用fpga与dac5686完成了线性调频信号产生电路的设计与实现，该方法降低了系统软硬件设计的难度，缩短了开发周期，并提高了设计的可靠性，具有较高的实用价值和良好的应用前景。文章分析了线性调频信号，给出了信号产生电路硬件设计和控制电路软件设计方案，并通过功能实现验证文中方法的有效性。
abstract:agenerationmoduleoflfmsignalbasedonfpgaanddac5686isdesignedandrealizedinthispaper.thistechniquedecreasesthedifficultyofhardwareandsoftwaredesignofthesystem,reducesdevelopmentcycleandimprovesdesignreliability,hashigherpracticalvalueandgoodapplicationprospect.lfmsignalisanalyzed,basedonwhichsignalgenerationcircuitandsoftwareofcontrolcircuitdesignprojectisputforward,andtheeffectivenessofthismethodisverifiedthroughthefunctionrealization.
关键词：线性调频；信号产生；fpga；dac5686
keywords:lfm；signalgeneration；fpga；dac5686
0引言
为了能够探测远距离目标，同时又具备较高的距离分辨力，脉冲压缩雷达通常发射较宽脉冲的线性调频（lfm）信号，而在接收时进行脉冲压缩。因而，如何产生良好的线性调频信号，对于脉冲压缩雷达的工作性能至关重要。而对脉冲压缩雷达接收机进行测试时，线性调频信号则是最为关键的激励信号之一。
传统的模拟方法通常采用表面波器件、压控振荡器等器件产生lfm信号，具有设计难度大、开发周期长等问题，已不能满足雷达技术快速发展的需要。本文以某雷达接收机性能测试为背景，研究了一种基于fpga与dac5686的线性调频信号产生方法。该方法降低了系统软硬件设计的难度，缩短了开发周期，并提高了设计的可靠性，能够较好地满足测试需求。
1线性调频信号
线性调频信号指持续期间频率连续线性变化的信号，是一种常用的雷达信号。尤其是相参、宽带线性调频信号，因具有良好的脉冲压缩特性，在高分辨力雷达中得到了广泛应用。线性调频信号可以采用如下数学表达式表示：
s（t）=a（t）cos[2?仔f0t+?仔kt2]t∈[-?子/2，?子/2]（1）
其中：f0为中心频率；k=b/?子为调频频率；b为频率变化范围；τ为脉冲宽度；a（t）为线性调频脉冲的包络。
可以计算得出，式（1）中信号的最高频率为f0+b/2。根据采样定理，直接对其采样所需的采样率应满足fs?叟2（f0+b/2）。当信号的中心频率频较高、且带宽较大时，采样频率将会很高。
如果信号中心频率为0，即采用基带(零中频)信号，式（1）中信号的最高频率变为b/2，此时对采样率的要求变为fs?叟b，显然大大降低了采样速度的要求。再将基带信号调制到一定的中心频率，便可得到所需的线性调频信号，而且降低了信号产生的难度。如果采用数字方法，可以首先产生i、q正交的线性调频基带数字信号，然后再将其正交调制到所需特定中频。对基带信号进行正交调制后的线性调频信号的实信号可以表示为：
re[?滋i（t）]=acos[2?仔f0t+?仔kt2]=i（t）cos2?仔f0t-q（t）sin2?仔f0t
（2）
式（2）中，a为常数，i（t）和q（t）分别为同相分量和正交分量。
i（t）和q（t）可分别表示为：
i（t）=acos（?仔kt2）
q（t）=asin（?仔kt2）
2信号产生电路设计
根据某雷达接收机性能测试需求，需要产生四路中心频率60mhz、带宽5mhz的线性调频信号，有些情况下还需要在中心频率上叠加一个模拟目标多卜勒频移fd。根据需要，并考虑与被测对象的信号交互关系，线性调频信号产生电路设计如图1所示。
该电路主要由dac5686、控制电路及放大滤波等组成。其中，控制电路硬件主要由fpga芯片、配置接口电路、电源模块、外部时钟、复位电路、sram接口电路和flash接口电路组成。dac5686是信号产生电路的核心，在控制电路提供数字基带i、q信号及相关控制信号的条件下，以160mhz为时钟信号，经数字变频、滤波、d/a变换后输出中心频率为15mhz的线性调频信号。dac5686输出的信号经过放大滤波、与75mhz混频之后，向外输出四路中心频率60m