线性调频(LFM)仿真

线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真

一． 雷达工作原理

雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。

图1.1：简单脉冲雷达系统框图

雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。

假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：

()R s t C

-

。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R s t C

σ?-

，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对

电磁波的散射能力。再经过时间R 后，被雷达接收天线接收的信号为(2

)R s t C σ?-。

如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。

图1.2：雷达等效于L TI 系统

等效LTI 系统的冲击响应可写成:

1

()()M

i

i

i h t t σδτ

==

-∑ (1.1)

M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，

2i i R c

τ=

(1.2)

式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。

雷达发射信号()s t 经过该LTI 系统，得输出信号(即雷达的回波信号)()r s t ：

1

1

()()*()()*()()M

M

r i i i

i i i s t s t h t s t t s t σδτσ

τ====-=

-∑∑ (1.3)

那么，怎样从雷达回波信号()r s t 提取出表征目标特性的i τ(表征相对距离)和i σ(表征目标反射特性)呢？常用的方法是让()r s t 通过雷达发射信号()s t 的匹配滤波器，如图1.3。

图1.3：雷达回波信号处理

()s t 的匹配滤波器()r h t 为：

*

()()r h t s t =-

(1.4) 于是， *

()()*()()*()*()o r r

s t s t h t s t s

t h t ==- （1.5）

对上式进行傅立叶变换：

*

2()()(

)(

)|()|()

o S j w S j w S j w H j w

S j w H j w =

= (1.6)

如果选取合适的()s t ，使它的幅频特性|()|S jw 为常数，那么1.6式可写为： ()()o S j w k H j w =

(1.7)

其傅立叶反变换为： 1

()()()M

o i

i i s t k h t k t σδ

τ===

-∑

(1.8)

()o s t 中包含目标的特征信息i τ和i σ。从 ()o s t 中可以得到目标的个数M 和每个目标相对

雷达的距离： 2

i i

c R τ= （1.9）

这也是线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达的工作原理。

二． 线性调频（LFM ）信号

脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。

脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation ）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter ）压缩脉冲。

LFM 信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为：

2

2()

2

()()c K j f t t t

s t rect T

e

π+

= (2.1)

式中c f 为载波频率，(

)t rect T

为矩形信号，

11()0,t

t

rect T

T elsew ise

? ,

≤?=?? ?

（2.2） B K T

=

，是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为()2

2

c T

T

f K t t + -≤≤，如图 2.1

图2.1 典型的chirp 信号（a ）up-chirp(K>0)（b ）down-chirp(K<0) 将2.1式中的up-chirp 信号重写为：

2()()c

j f t

s t S t e

π

= （2.3）

式中，

2

()()

j K t

t S t r e c t

e T

π=

（2.4）

是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心频率不同而以，因此，Matlab 仿真时，只需考虑S(t)。以下Matlab 程序产生2.4式的chirp 信号，

并作出其时域波形和幅频特性，如图2.2。

%%demo of chirp signal

T=10e-6; %pulse duration10us

B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz K=B/T; %chirp slope

Fs=2*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacing

N=T/Ts;

t=linspace(-T/2,T/2,N);

St=exp(j*pi*K*t.^2); %generate chirp signal

subplot(211)

plot(t*1e6,real(St));

xlabel('Time in u sec');

title('Real part of chirp signal');

grid on;axis tight;

subplot(212)

freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);

plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));

xlabel('Frequency in MHz');

title('Magnitude spectrum of chirp signal');

grid on;axis tight;

仿真结果显示：

图2.2：LFM信号的时域波形和幅频特性

三． L FM 脉冲的匹配滤波

信号()s t 的匹配滤波器的时域脉冲响应为：

*0()()h t s t t =-

（3.1）

0t 是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令0t ＝0，重写3.1式，

*

()()h t s t =- （3.2）

将2.1式代入3.2式得:

2

2()()c j f

t

j K t t

h t r e c t e e T ππ-=?

(3.3 )

图3.1：LFM 信号的匹配滤波

如图3.1,()s t 经过系统()h t 得输出信号()o s t ，

2

2

22()

()

()()*()

()()()()(

)()c c o j f u

j f t u j K u

j K t u s t s t h t s u h t u du h u s t u du u t u e

rect e

e

rect e du T

T

ππππ∞

∞

-∞-∞

∞

----∞

= =

- =

-

- =

?

?

?

?

当0t T ≤≤时,

2

2

2

2

2022

22

2()2sin ()T T

c c j K t

j K tu

t j K tu

T

j f t

j K t

T j f t

s t e

e

du

e

e

e

t j K t K T t t

e

K t

πππππππππ---=

=?--- =

?

(3.4)

当0T t -≤≤时,

2

2

2

2

2022

22

2()2sin ()T

T

c c t j K t

j K tu

j K tu

T j f t

j K t

T j f t

s t e

e

du

t e

e

e

j K t K T t t

e

K t

πππππππππ+---=

+ =?-

-+ =

?

(3.5)

合并3.4和3.5两式：

20s i n (1

)

()()2c j f t

t

K T t t T s t T

r e c t e K T t

T

πππ-= （3.6）

3.6式即为LFM 脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频c f 的信号。当t T ≤时，包络近似为辛克（sinc ）函数。 0()()

()()

()22t

t S t T Sa K T t rect T Sa B t rect T

T

ππ== （3.7）

图3.2：匹配滤波的输出信号

如图 3.2，当Bt ππ=±时，1t B

=±

为其第一零点坐标；当2

B t π

π=±

时，12t B

=±

，习

惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。 1122B B

τ=

?=

(3.8)

LFM 信号的压缩前脉冲宽度T 和压缩后的脉冲宽度τ之比通常称为压缩比D ， T D T B τ

=

= （3.9）

3.9式表明，压缩比也就是LFM 信号的时宽频宽积。

由2.1,3.3,3.6式，s(t),h(t),so(t)均为复信号形式，Matab 仿真时，只需考虑它们的复包络 S(t),H(t),So(t)。以下Matlab 程序段仿真了图3.1所示的过程，并将仿真结果和理论进行对照。 %%demo of chirp signal after matched filter

T=10e-6; %pulse duration10us

B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz K=B/T; %chirp slope

Fs=10*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacing N=T/Ts;

t=linspace(-T/2,T/2,N);

St=exp(j*pi*K*t.^2); %chirp signal Ht=exp(-j*pi*K*t.^2); %matched filter

Sot=conv(St,Ht); %chirp signal after matched filter subplot(211) L=2*N-1;

t1=linspace(-T,T,L);

Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z); %normalize

Z=20*log10(Z+1e-6);

Z1=abs(sinc(B.*t1)); %sinc function

Z1=20*log10(Z1+1e-6);

t1=t1*B;

plot(t1,Z,t1,Z1,'r.');

axis([-15,15,-50,inf]);grid on;

legend('emulational','sinc');

xlabel('Time in sec \times\itB');

ylabel('Amplitude,dB');

title('Chirp signal after matched filter');

subplot(212) %zoom

N0=3*Fs/B;

t2=-N0*Ts:Ts:N0*Ts;

t2=B*t2;

plot(t2,Z(N-N0:N+N0),t2,Z1(N-N0:N+N0),'r.');

axis([-inf,inf,-50,inf]);grid on;

set(gca,'Ytick',[-13.4,-4,0],'Xtick',[-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3]); xlabel('Time in sec \times\itB');

ylabel('Amplitude,dB');

title('Chirp signal after matched filter (Zoom)');

仿真结果如图3.3：

图3.3：Chirp信号的匹配滤波

图3.3中，时间轴进行了归一化，（/(1/)

t B t B

=?）。图中反映出理论与仿真结果吻合良好。

第一零点出现在1

±（即

1

B

±）处，此时相对幅度-13.4dB。压缩后的脉冲宽度近似为

1

B

（

1

2B

±），此时相对幅度-4dB,这理论分析（图3.2）一致。

上面只是对各个信号复包络的仿真，实际雷达系统中，LFM脉冲的处理过程如图3.4。

图3.4：LFM信号的接收处理过程

雷达回波信号()

r

s t（1.4式）经过正交解调后，得到基带信号，再经过匹配滤波脉冲压缩后就可以作出判决。正交解调原理如图3.5，雷达回波信号经正交解调后得两路相互正交的信号I(t)和Q(t)。一种数字方法处理的的匹配滤波原理如图3.6。

图3.5：正交解调原理

图3.6：一种脉冲压缩雷达的数字处理方式

四：Matlab仿真结果

（1）任务：对以下雷达系统仿真。

雷达发射信号参数：

幅度：1.0

信号波形：线性调频信号

频带宽度：30兆赫兹（30MHz）

脉冲宽度：10微妙（20us）

中心频率：1GHz（109Hz）

雷达接收方式：

正交解调接收

距离门：10Km~15Km

目标：

Tar1：10.5Km Tar2：11Km Tar3：12Km Tar4：12Km ＋5m Tar5：13Km

Tar6：13Km ＋2m

（2）系统模型：

结合以上分析，用Matlab 仿真雷达发射信号，回波信号，和压缩后的信号的复包络特性，其载频不予考虑（实际中需加调制和正交解调环节），仿真信号与系统模型如图4.1。

图4.1：雷达仿真等效信号与系统模型 （3）线性调频脉冲压缩雷达仿真程序LFM_radar

仿真程序模拟产生理想点目标的回波，并采用频域相关方法（以便利用FFT ）实现脉冲压缩。函数LFM_radar 的参数意义如下：

T ：chirp 信号的持续脉宽；

B ：chirp 信号的调频带宽；

Rmin ：观测目标距雷达的最近位置； Rmax ：观测目标距雷达的最远位置；

R ：一维数组，数组值表示每个目标相对雷达的斜距； RCS ：一维数组，数组值表示每个目标的雷达散射截面。 在Matlab 指令窗中键入：

LFM_radar(10e-6,30e6,10000,15000,[10500,11000,12000,12005,13000,13002],[1,1,1,1,1,1]) 得到的仿真结果如图4.2。 （4）分辨率(Resolution)仿真

改变两目标的相对位置，可以分析线性调频脉冲压缩雷达的分辨率。仿真程序默认参数的距离分辨率为：

8

6

310

5223010

R C m B

σ?=

=

=?? (4.1)

图4.3为分辨率仿真结果，可做如下解释： (a) 图为单点目标压缩候的波形；

(b) 图中，两目标相距2m ，小于R σ，因而不能分辨；

(c) 图中，两目标相距5m ，等于R σ，实际上是两目标的输出sinc 包络叠加，可以看到他们的副瓣相互抵消；

(d) －(h)图中，两目标距离大于雷达的距离分辨率，可以观察出，它们的主瓣变宽，直至能

分辨出两目标。

图4.2：仿真结果

图4.3：线性调频脉冲压缩雷达分辨率仿真

附录：LFM_radar.m

%%demo of LFM pulse radar

%========================================================= function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)

if nargin==0

T=10e-6; %pulse duration 10us

B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz Rmin=10000;Rmax=15000; %range bin

R=[10500,11000,12000,12008,13000,13002]; %position of ideal point targets

RCS=[1 1 1 1 1 1]; %radar cross section

end

%========================================================= %%Parameter

C=3e8; %propagation speed

K=B/T; %chirp slope

Rwid=Rmax-Rmin; %receive window in meter

Twid=2*Rwid/C; %receive window in second

Fs=5*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sampling spacing Nwid=ceil(Twid/Ts); %receive window in number

%========================================================= =========

%%Gnerate the echo

t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid); %receive window

%open window when t=2*Rmin/C

%close window when t=2*Rmax/C

M=length(R); %number of targets

td=ones(M,1)*t-2*R'/C*ones(1,Nwid);

Srt=RCS*(exp(j*pi*K*td.^2).*(abs(td)

%========================================================= %%Digtal processing of pulse compression radar using FFT and IFFT

Nchirp=ceil(T/Ts); %pulse duration in number

Nfft=2^nextpow2(Nwid+Nwid-1)；%number needed to compute linear

%convolution using FFT algorithm

Srw=fft(Srt,Nfft); %fft of radar echo

t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp);

St=exp(j*pi*K*t0.^2); %chirp signal

Sw=fft(St,Nfft); %fft of chirp signal

Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw))); %signal after pulse compression

%========================================================= N0=Nfft/2-Nchirp/2;

Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1));

Z=Z/max(Z);

Z=20*log10(Z+1e-6);

%figure

subplot(211)

plot(t*1e6,real(Srt));axis tight;

xlabel('Time in u sec');ylabel('Amplitude')

title('Radar echo without compression');

subplot(212)

plot(t*C/2,Z)

axis([10000,15000,-60,0]);

xlabel('Range in meters');ylabel('Amplitude in dB')

title('Radar echo after compression');

%=========================================================

线性调频信号数字脉冲压缩技术分析_郑力文

2011年1月1日第34卷第1期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique Jan.2011V ol.34N o.1 线性调频信号数字脉冲压缩技术分析 郑力文,孙晓乐 (中国空空导弹研究院,河南洛阳 471009) 摘 要:在线性调频信号脉冲压缩原理的基础上,利用M atlab 对数字脉冲压缩算法进行仿真,得到了雷达目标回波信号经过脉冲压缩后的仿真结果。运用数字脉冲压缩处理中的中频采样技术与匹配滤波算法,对中频采样滤波器进行了优化,降低了实现复杂度,减少了运算量与存储量。最后总结了匹配滤波的时域与频域实现方法,得出在频域实现数字脉冲压缩方便,运算量小,更适合线性调频信号。 关键词:线性调频信号;脉冲压缩;中频采样;匹配滤波 中图分类号:T N911-34 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)01-0039-04 Digital Pulse C ompression Technology of Linear Frequency Modulation Signal ZH ENG L-i w en,SU N X iao -le (Chi na Airborne Missi le Academy,L uo yang 471009,China) Abstract :Based o n the pr inciple of pulse com pr essio n techno lo gy o f linear fr equency mo dulat ion signal,the simulatio n r e -sult of radar echo sig nal co mpressed by the pulse can be ga ined by using M atlab to simulate the dig ital pulse com pr essio n algo -r ithm.Co mbining the techno log y o f IF sampling with the matching filt er alg or ithm in the digit al pulse compression processing and optimazing the I F sampling filter,which can remarkably reduce the complex ity and decr ease t he mult iplier operation and the memo ry.Finally ,the implementation methods of matching filter algo rithm in time domain and fr equency doma in are summar ized,the dig ital pulse compression can be im plemented on frequency do main. Keywords :linear frequency modulatio n signal;pulse com pr essio n;IF sampling ;matching f ilter 收稿日期:2010-07-22 为了提高雷达系统的发现能力,以及测量精度和分 辨能力,要求雷达信号具有大的时宽带宽积[1-2]。但是,在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下,大的信号能量只能通过加大信号的时宽来得到。然而单载频脉冲信号的时宽和带宽乘积接近1,故大的时宽和带宽不可兼得。因此,对这种信号来说,测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。在匹配滤波器理论的指导下,提出了线性调频脉冲压缩的概念,即在宽脉冲内附加线性调频,以扩展信号的频带,提供了一类信号,其时宽带宽乘积大于1,称之为脉冲压缩信号或大时宽带宽积信号。线性调频信号是应用最广泛的脉冲压缩信号,因此线性调频信号的特性、脉冲压缩的原理及其实现技术都是比较受人关注的[3-5]。 1 线性调频信号脉冲压缩基本原理1.1 线性调频信号简介 线性调频信号是通过非线性相位调制或线性频率调制(LFM )来获得大的时宽带宽积[6-7],这种信号又称 为chirp 信号,它是研究得最早而且应用最广泛的一种脉冲压缩信号。线性调频信号的时域波形如图1所示, 其频谱如图2所示。 线性调频信号可以表示为: x (t)=A #r ect t S #exp j 2P f 0t +L t 2 2 (1) 式中:A 为信号幅度;rect (t/S )为矩形函数,即: rect (t/S )= 1, t/S \1/20, t/S <1/2 (2) 线性调频信号的瞬时角频率X i 为: X i =d U d t =2P f 0+L t (3) 图1 线性调频信号的时域波形 在脉冲宽度S 内,信号的角频率由2P f 0-L S /2变

基于MATLAB的线性调频信号的仿真..

存档编号________ 基于MATLAB的线性调频信号的仿真 教学学院 届别 专业 学号 指导教师 完成日期

内容摘要：线性调频信号是一种大时宽带宽积信号。线性调频信号的相位谱具有平方律特性，在脉冲压缩过程中可以获得较大的压缩比，其最大优点是所用的匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，即可以用一个匹配滤波器处理具有不同多普勒频移的回波信号，这些都将大大简化雷达信号处理系统，而且线性调频信号有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率。因此线性调频信号是现代高性能雷达体制中经常采用的信号波形之一，并且与其它脉压信号相比，很容易用数字技术产生，且技术上比较成熟，因而可在工程中得到广泛的应用。 关键词：MATLAB；线性调频；脉冲压缩；系统仿真

Abstract：Linear frequency modulation signal is a big wide bandwidth signal which is studied and widely used. The phase of the linear frequency modulation signal spectra with square law characteristics, in pulse compression process can acquire larger compression, its biggest advantage is the use of the matched filter of the echo signal doppler frequency is not sensitive, namely can use a matched filter processing with different doppler frequency shift of the echo signal, these will greatly simplified radar signal processing system, and linear frequency modulation signal has a good range resolution and radial velocity resolution. So linear frequency modulation signal is the modern high performance radar system often used in one of the signal waveform, and compared with other pulse pressure signal, it is easy to use digital technologies to produce, and the technology of the more mature, so in engineering can be widely applied. Keywords：MATLAB, LFM, Pulse compression, System simulation

USB-chirp序列测试

USBchirp信号测试 1 信号及原理分析 1.1 KJ信号说明 USBchirp信号分为K信号和J信号。根据USB速率将chirp信号做如下区别： RenGE注： 不同的速率模式，对于K、J的形态定义是不同的。 DP表示D+ PIN，DM表示D- PIN。 SE0是一种D+和D-都为0电平的特殊状态。多用于表示End-Of-Packet。 1.2 USB全速高速识别过程分析 根据规范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好区分。因为在设备端有一个1.5k的上拉电阻，当设备插入hub或上电（固定线缆的USB设备）时，有上拉电阻的那根数据线就会被拉高，hub根据D+/D-上的电平判断所挂载的是全速设备还是低速设备。 USB全速/低速识别相当简单，但USB2.0，USB1.x就一对数据线，不能像全速/低速那样仅依靠数据线上拉电阻位置就能识别USB第三种速度——高速。因此对于高速设备的识别就显得稍微复杂些。

表1中图3展示了一个高速设备连接到USB 2.0的hub上的协商（negotiation）情形。 高速设备初始是以一个全速设备的身份出现的，即和全速设备一样，D+线上有一个1.5k的上拉电阻。USB2.0的hub把它当作一个全速设备，之后，hub 和设备通过一系列握手信号确认双方的身份。在这里对速度的检测是双向的，比如高速的hub需要检测所挂上来的设备是高速、全速还是低速，高速的设备需要检测所连上的hub是USB2.0的还是1.x的，如果是前者，就进行一系列动作切到高速模式工作，如果是后者，就以全速模式工作。 hub检测到有设备插入/上电时，向主机通报，主机发送Set_Port_Feature请求让hub复位新插入的设备。设备复位操作是hub通过驱动数据线到复位状态SE0(Single-ended 0，即D+和D-全为低电平)，并持续至少10ms。 高速设备看到复位信号后，通过内部的电流源向D-线持续灌大小为17.78mA 电流。因为此时高速设备的1.5k上拉电阻还未撤销，在hub端，全速/低速驱动器形成一个阻抗为45欧姆(Ohm)的终端电阻，2电阻并联后仍是45欧姆左右的阻抗，所以在hub端看到一个约800mV的电压（45欧姆*17.78mA），这就是Chirp K信号。Chirp K信号的持续时间是1ms~7ms。 在hub端，虽然下达了复位信号，并一直驱动着SE0，但USB2.0的高速接收器一直在检测Chirp K信号，如果没有Chirp K信号看到，就继续复位操作, 直到复位结束，之后就在全速模式下操作。如果只是一个全速的hub，不支持高速操作，那么该hub不理会设备发送的Chirp K信号，之后设备也不会切换到高速模式。 设备发送的Chirp K信号结束后100us内，hub必须开始回复一连串的KJKJKJ....序列，向设备表明这是一个USB2.0的hub。这里的KJ序列是连续的，中间不能间断，而且每个K或J的持续时间在40us~60us之间。KJ序列停止后的100~500us内结束复位操作。hub发送Chirp KJ序列的方式和设备一样，通过电流源向差分数据线交替灌17.78mA的电流实现。 再回到设备端来。设备检测到6个hub发出的Chirp 信号后（3对KJ序列），

基于AD9910的线性调频信号发生技术(1)

科技信息2010年第17期 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 基于AD9910的线性调频信号发生技术 时慧 （中国电子科技集团公司第四十一研究所山东青岛266555） 【摘要】本文主要介绍了DDS的工作原理以及专用芯片AD9910的功能特点，并重点论述了利用可编程逻辑器件控制DDS产生线性调频信号的设计方案。该设计实现了高度集成化，降低了成本且易于调试。 【关键词】直接数字频率合成；AD9910；线性调频信号 Generating Technology of LFM Signal Based on AD9910 【Abstract】This paper introduces the theory of DDS and the characteristics of AD9910,and particularly discuss a scheme using FPGA control DDS to generate LFM signal.The scheme realize integration,reduce the cost and easy to adjust. 【Key words】Direct digital synthesis;AD9910；L inear frequency modulation signal 0前言 线性调频信号（LFM，也称为Chirp信号），是一种最常用的雷达信号，因其具有良好的脉冲压缩特性和分辨能力，在合成孔径雷达以及相控阵雷达中得到了广泛的应用[1。数字频率合成技术（DDS）以其相对带宽较宽、频率转换时间短、相位连续性好以及集成化度高等优点成为线性调频信号发生技术的设计主流[2]。在某型号信号模拟系统中，要求产生中心频率250M，扫频带宽为200M的宽带扫频信号。根据设计要求，选用AD公司的DDS芯片AD9910，配以FPGA来实现宽带扫频信号的产生。 1DDS芯片AD9910简介 AD9910是Analog Device公司近年来推出的一款性价比很高的DDS芯片,它集成了14bit数模转换器（DAC）并且支持高达1GSPS 的采样率，理想频率分辨率可以达到0.23Hz,具有32位相位累加器，自带线性或任意频率、相位或幅度扫频电路。内部自带反sinc修正电路，8个频率和相偏备份用于快速调频或调相。1024×32位内部RAM 用于预先定义好的调制[3]。 AD9910主要有4种工作方式：单频模式、RAM调制模式、DRG 调制模式和并口调制模式。 在单频模式下,AD9910输出点频信号。AD9910共有8个64位单频信号寄存器，可以存储8个单一频率控制字，每个寄存器中包含了频率控制参数、相位控制参数和幅度控制参数。利用用芯片管脚PROFILE0～2可以选择使用哪个Profile寄存器。 在RAM调制模式下，用户可以任意改变DDS信号控制参数来产生各种信号，典型应用如FSK、PSK、ASK以及用户可自定义的非线性扫描信号。这种模式下的RAM寄存器和单点调制模式下的单频信号寄存器复用同一地址，通过芯片的功能控制寄存器CFR1～CFR2来控制选用哪种模式。 DRG调制模式与RAM调制模式实现功能相类似，不同点是该模式利用累加器对DDS所需的信号参数进行调制。在这种模式下，可以产生较好的线性调频信号。 并口调制模式主要应用于需要频率或者相位极快变化的场合，例如跳频合成器、高速波形发生器等。因为AD9910提供了更新速率可达250MHz的l6bit快速编程的并行接口，每隔8ns即可更新一次32 bit的频率控制字。 在各个工作模式下对芯片的操作只需要选择相应的模式,并写入相应的控制字即可。根据AD9910的功能特点及设计要求，在本文中选择使用的是线性调频模式即DRG调制模式。 2系统设计 系统主要由上位机，FPGA单元，DDS单元，参考时钟以及波形输出模块组成，如图1所示： 图1系统总体框图2.1时钟设计 由DDS的原理可知，整个DDS系统在一个统一的时钟信号即采样时钟下工作。该时钟的质量直接决定了最终输出波形频率的精度、稳定度以及输出信号的相噪，在本设计中采用了晶体振荡器。高稳定的10M晶振产生的时钟信号通过REF_CLK引脚输入到AD9910，经过AD9910内部的锁相环100倍频后生成1G的采样时钟。 2.2控制接口电路 上位机根据用户设定的线性调频信号带宽，扫描时间等参数，计算出AD9910相应的配置数据，送入FPGA，FPGA接受到上位机的控制数据后按照AD9910的时序送入到AD9910中，完成DDS模块的设置。AD9910是通过串行模式来接受各种配置数据，主要通过使用了nCS，SCLK，SDIO以及IO_UPDATA。在片选信号nCS为低的时候，AD9910在SCLK的上升沿采样SDIO信号，前八个SCLK周期为指令周期，后面跟着若干数据周期。指令周期由1位读写位（Bit7），2个无关位（Bit6,Bit5）和5个地址位（Bit4~Bit0）组成。根据不同的地址，数据周期的长度为16位，32位或64位不等。尽管AD9910的送数可以MSB优先或LSB优先，为了方便，在设计中，采用AD9910默认的MSB优先模式。 2.3波形输出电路 波形输出单元主要由电阻，变压器，放大器和低通滤波器组成，主要完成DDS输出信号的滤波、放大等功能。其电路如图2所示： 图2波形输出电路 AD9910输出的20mA电流信号经过R55，R56电阻转换成差分电压信号，再经过变压器（T1）转换成单端电压信号，150M~350M的带通滤波器滤除其带外杂散和镜像后再通过数控衰减器来控制信号输出功率，衰减器的输出经过隔直放大后输出。 图3软件流程图（下转第426页 ）○百家论剑○ 423

线性调频信号产生方法

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: a generation module of lfm signal based on fpga and dac5686 is designed and realized in this paper. this technique decreases the difficulty of hardware and software design of the system, reduces development cycle and improves design reliability, has higher practical value and good application prospect. lfm signal is analyzed, based on which signal generation circuit and software of control circuit design project is put forward, and the effectiveness of this method is verified through the function realization. 关键词：线性调频；信号产生；fpga；dac5686 key words: lfm；signal generation；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

多分量线性调频信号检测方法

万方数据

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多分量线性调频信号检测方法 作者：王令欢， 李钊， 赵训辉， 马红光， WANG Ling-huan， LI Zhao， ZHAO Xun-hui， MA Hong-guang 作者单位：王令欢,马红光,WANG Ling-huan,MA Hong-guang(第二炮兵工程学院,陕西,西安,710025)，李钊,LI Zhao(第二炮兵工程学院驻石家庄地区军事代表室,河北,石家庄,050081)， 赵训辉 ,ZHAO Xun-hui(第二炮兵工程学院驻7103厂军事代表室,陕西,西安,710100) 刊名： 无线电工程 英文刊名：RADIO ENGINEERING OF CHINA 年，卷(期)：2006，36(11) 被引用次数：0次 参考文献(4条) 1.WOOD J C.BARRY D T Linear Signal Synthesis Using the Radon Wigner Transform 1994(08) 2.LI Y X Recursive Filtering Radon Ambiguity Transform Algorithm for Multi-LFM Signals Detection 2002 3.郭汉伟.王岩基于小波Radon变换检测线性调频信号[期刊论文]-国防科技大学学报 2005(01) 4.张贤达.保铮非平稳信号分析与处理 1998 本文链接：https://www.doczj.com/doc/ed1796048.html,/Periodical_wxdgc200611006.aspx 授权使用：武汉大学(whdx)，授权号：5671361f-a594-4d01-b0ca-9e9d00f8c5be 下载时间：2011年3月5日

线性调频信号处理方法研究

线性调频信号处理方法研究 文章对合成孔径雷达的编码应答器所采用的线性调频信号进行了包括傅立叶变换等理论分析，并对基于模拟混频方法的线性调频信号翻转电路划分为两种方案分别进行仿真，从实际角度对电路的系统性进行了研究。 标签：合成孔径雷达；LFM；翻转；频谱 合成孔径雷达的定标分为两种[1]：一种是图像的几何定标（geometric calibration），指的是将一个图像像素与地面上的固定网格精确配准。另一种是辐射定标（radiometric calibration），指的是一个图像像素与目标散射特征的精确相关。也就是标定SAR系统端到端性能的过程。从另一个角度说，就是标定SAR 系统测量目标后向散射信号幅度和相位的能力。 在雷达系统的辐射定标过程中，一个十分重要的环节就是利用地面的应答器，对雷达系统进行校正[2]。有源编码应答器在合成孔径雷达的辐射定标方面发挥着非常重要的作用。它通过标记目标物来使其能够在合成孔径雷达图像上明晰可辨。目前，在波形调制有源编码应答器中，使用加载编码的手段，将应答器的回波波形进行改变，使其与地面目标反射的波形产生较大差异，从而能够在雷达端通过相应的解码过程恢复出应答器信号，满足雷达定标的要求[3]。 1 应答器原理 參见图1，合成孔径雷达发送原始信号，此图以线性调频信号（也称Chirp 信号）为例，发射时采用调频斜率线性增加的波形。地面应答器接收到来自合成孔径雷达的信号，在应答器内部进行编码，以将自身回波与地面背景回波进行区分，然后将信号转发回合成孔径雷达。此时，信号变为调频斜率线性减小的线性调频信号。合成孔径雷达接收到此信号，就能够对应答器无模糊定位、识别。 通常情况下，雷达接收到的背景杂波可以用下面的式子表示[3]： （1） 其中，，K是线性调频信号的调频斜率，？姿是波长，T是脉冲宽度，c 是光速，Si是脉冲间的方位时间。应答器返回给雷达的信号为： （2） 注意，式中的K变成了-K，也就是说，应答器传回给雷达的线性调频信号斜率翻转。 这样，在放置了应答器的辐射定标区域，雷达得到的反射信号就包括两部分，一部分来自Vb（si，t），一部分来自Ve（si，t）。整个信号通过一个与应答器信