[发明专利]基于FPGA的UWB雷达信号模拟器及UWB雷达信号产生方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的UWB(超宽带)雷 达信号模拟器，通过FPGA控制高速DAC(数模转换器)产生各种UWB模拟 信号，可用于通信、雷达等信息传输与探测，属于信息技术领域。

(二)背景技术

根据奈奎斯特采样定律，UWB信号可携带更多的信息，因而在通信、雷 达等领域得到广泛的应用。UWB信号主要分为窄脉冲信号和宽脉冲调制UWB 信号。前者脉冲宽度窄发射和接收较为困难。后者与传统调制信号形式相似， 具有较高的平均功率，作用距离远，因而应用广泛。例如，美国的WIMIDEA 通信系统采用500MHz带宽的宽脉冲调制UWB信号；美国最先进的GBR(地 基雷达)同样采用宽脉冲调制信号UWB信号，其带宽为1GHz。

模拟和数字的方法均可产生模拟信号。传统的模拟信号产生方法利用VCO (压控振荡器)等模拟器件完成信号产生。数字产生方法利用DAC将数字序 列转换为模拟信号，从而完成模拟信号的生成。与模拟信号产生方法比较而言， 数字产生方法具有信号幅度、相位易于控制等优点，因而得到广泛应用。数字 产生波形的方式主要有：直接数字频率合成法(DDFS)和直接数字波形合成 法(DDWS)两种。

DDFS通过相位累加、幅度查表计算每个采样时刻波形的数值，然后经过 DAC转换成模拟信号。DDFS的工作实质是以参考时钟频率对相位进行可控间 隔计算，完成采样值的模拟重构。

DDWS根据信号形式预先计算各点采样值，按顺序存放于高速存储器中， 产生信号时通过采样时钟产生的地址，依次读出各点的采样值，通过DAC转 换成模拟信号。DDWS以参考时钟频率产生波形存储地址，直接读取波形数据 完成采样值的模拟重构。

从具体实现所需的器件来看，两者都需要高速器件产生UWB信号。DDFS 一般使用专门用于产生LFM信号的DDS器件，产生信号的形式单一，产生信 号的频率也无法随意变化，对器件的依赖性也更强。相比而言，DDWS法可产 生任何频率、任何形式的波形，实现对信号参数的控制及对波形数据的随意修 改，方便进行预失真补偿。

脉冲串形式的PD(脉冲多普勒)雷达，可同时得到目标的距离、速度和 角度信息，因此大部分雷达采用PD工作模式。而PD雷达信号多种多样，包 括：相参脉冲串、非相参脉冲串；脉冲内调制单频信号、脉冲内调制LFM(线 性调频)信号、脉冲内调制相位编码信号；脉冲重复周期滑动、脉冲重复周期 抖动、脉冲宽度滑动、脉冲宽度抖动等。

高精度的雷达系统需要产生的雷达信号具有高精度的频率、相位、幅度稳 定性，同时需要信号变换时的快速灵活性。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的UWB雷达信号模拟器及UWB 雷达信号产生方法，以解决UWB雷达信号产生需要解决信号参数稳定性，及 波形快速切换等问题。

本发明提出的基于FPGA的UWB雷达信号产生方法采用直接数字波形合 成法，即首先根据待产生的雷达信号形式预先计算各点采样值，按顺序存放于 高速存储器中，之后通过采样时钟产生的地址，依次读出各点的采样值，通过 DAC转换成模拟信号。

本发明提出的UWB雷达信号产生方法是在基于FPGA结构的硬件系统上 实现的，该系统一种基于FPGA的UWB雷达信号模拟器，主要包括：PC104 (PCI)接口模块、RAM模块、FPGA模块和高速DAC模块等部分组成。

PC104(PCI)接口模块：本发明提供一个PC104(PCI)的主机接口，完 成与PC104形式的主机通过PCI协议完成数据传输。PC104接口模块采用 PCI9054芯片，PCI9054是一个32位33M总线主控I/O加速器，完全支持PCI2.2 规范，最高可达132MB/s的突发传输速度。PCI9054采用了PLX公司先进的 数据流水线架构(Data pipe architecture)，支持三种操作模式，M模式，C模式， J模式，其中J模式是本地总线的数据线与地址线复用模式，也是本文设计中 所采用的模式。