[發(fā)明專利]基于FPGA的UWB雷達(dá)信號(hào)模擬器及UWB雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910083843.1
• 申請(qǐng)日: 2009-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101576619A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;李偉;田繼華;張玉璽;于鵬飛;張文昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/282
• 分類號(hào): G01S7/282
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的UWB(超寬帶)雷 達(dá)信號(hào)模擬器，通過(guò)FPGA控制高速DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)產(chǎn)生各種UWB模擬 信號(hào)，可用于通信、雷達(dá)等信息傳輸與探測(cè)，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

根據(jù)奈奎斯特采樣定律，UWB信號(hào)可攜帶更多的信息，因而在通信、雷 達(dá)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB信號(hào)主要分為窄脈沖信號(hào)和寬脈沖調(diào)制UWB 信號(hào)。前者脈沖寬度窄發(fā)射和接收較為困難。后者與傳統(tǒng)調(diào)制信號(hào)形式相似， 具有較高的平均功率，作用距離遠(yuǎn)，因而應(yīng)用廣泛。例如，美國(guó)的WIMIDEA 通信系統(tǒng)采用500MHz帶寬的寬脈沖調(diào)制UWB信號(hào)；美國(guó)最先進(jìn)的GBR(地 基雷達(dá))同樣采用寬脈沖調(diào)制信號(hào)UWB信號(hào)，其帶寬為1GHz。

模擬和數(shù)字的方法均可產(chǎn)生模擬信號(hào)。傳統(tǒng)的模擬信號(hào)產(chǎn)生方法利用VCO (壓控振蕩器)等模擬器件完成信號(hào)產(chǎn)生。數(shù)字產(chǎn)生方法利用DAC將數(shù)字序 列轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，從而完成模擬信號(hào)的生成。與模擬信號(hào)產(chǎn)生方法比較而言， 數(shù)字產(chǎn)生方法具有信號(hào)幅度、相位易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字 產(chǎn)生波形的方式主要有：直接數(shù)字頻率合成法(DDFS)和直接數(shù)字波形合成 法(DDWS)兩種。

DDFS通過(guò)相位累加、幅度查表計(jì)算每個(gè)采樣時(shí)刻波形的數(shù)值，然后經(jīng)過(guò) DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。DDFS的工作實(shí)質(zhì)是以參考時(shí)鐘頻率對(duì)相位進(jìn)行可控間 隔計(jì)算，完成采樣值的模擬重構(gòu)。

DDWS根據(jù)信號(hào)形式預(yù)先計(jì)算各點(diǎn)采樣值，按順序存放于高速存儲(chǔ)器中， 產(chǎn)生信號(hào)時(shí)通過(guò)采樣時(shí)鐘產(chǎn)生的地址，依次讀出各點(diǎn)的采樣值，通過(guò)DAC轉(zhuǎn) 換成模擬信號(hào)。DDWS以參考時(shí)鐘頻率產(chǎn)生波形存儲(chǔ)地址，直接讀取波形數(shù)據(jù) 完成采樣值的模擬重構(gòu)。

從具體實(shí)現(xiàn)所需的器件來(lái)看，兩者都需要高速器件產(chǎn)生UWB信號(hào)。DDFS 一般使用專門(mén)用于產(chǎn)生LFM信號(hào)的DDS器件，產(chǎn)生信號(hào)的形式單一，產(chǎn)生信 號(hào)的頻率也無(wú)法隨意變化，對(duì)器件的依賴性也更強(qiáng)。相比而言，DDWS法可產(chǎn) 生任何頻率、任何形式的波形，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)參數(shù)的控制及對(duì)波形數(shù)據(jù)的隨意修 改，方便進(jìn)行預(yù)失真補(bǔ)償。

脈沖串形式的PD(脈沖多普勒)雷達(dá)，可同時(shí)得到目標(biāo)的距離、速度和 角度信息，因此大部分雷達(dá)采用PD工作模式。而PD雷達(dá)信號(hào)多種多樣，包 括：相參脈沖串、非相參脈沖串；脈沖內(nèi)調(diào)制單頻信號(hào)、脈沖內(nèi)調(diào)制LFM(線 性調(diào)頻)信號(hào)、脈沖內(nèi)調(diào)制相位編碼信號(hào)；脈沖重復(fù)周期滑動(dòng)、脈沖重復(fù)周期 抖動(dòng)、脈沖寬度滑動(dòng)、脈沖寬度抖動(dòng)等。

高精度的雷達(dá)系統(tǒng)需要產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)具有高精度的頻率、相位、幅度穩(wěn) 定性，同時(shí)需要信號(hào)變換時(shí)的快速靈活性。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于FPGA的UWB雷達(dá)信號(hào)模擬器及UWB 雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法，以解決UWB雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生需要解決信號(hào)參數(shù)穩(wěn)定性，及 波形快速切換等問(wèn)題。

本發(fā)明提出的基于FPGA的UWB雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法采用直接數(shù)字波形合 成法，即首先根據(jù)待產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)形式預(yù)先計(jì)算各點(diǎn)采樣值，按順序存放于 高速存儲(chǔ)器中，之后通過(guò)采樣時(shí)鐘產(chǎn)生的地址，依次讀出各點(diǎn)的采樣值，通過(guò) DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

本發(fā)明提出的UWB雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生方法是在基于FPGA結(jié)構(gòu)的硬件系統(tǒng)上 實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)一種基于FPGA的UWB雷達(dá)信號(hào)模擬器，主要包括：PC104 (PCI)接口模塊、RAM模塊、FPGA模塊和高速DAC模塊等部分組成。

PC104(PCI)接口模塊：本發(fā)明提供一個(gè)PC104(PCI)的主機(jī)接口，完 成與PC104形式的主機(jī)通過(guò)PCI協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸。PC104接口模塊采用 PCI9054芯片，PCI9054是一個(gè)32位33M總線主控I/O加速器，完全支持PCI2.2 規(guī)范，最高可達(dá)132MB/s的突發(fā)傳輸速度。PCI9054采用了PLX公司先進(jìn)的 數(shù)據(jù)流水線架構(gòu)(Data?pipe?architecture)，支持三種操作模式，M模式，C模式， J模式，其中J模式是本地總線的數(shù)據(jù)線與地址線復(fù)用模式，也是本文設(shè)計(jì)中 所采用的模式。