[发明专利]一种基于FPGA和DAC的宽带线性调频信号实时产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA和DAC的宽带线性调频信号实时产生方法，属于雷达宽带线性调频信号产生领域。

背景技术

宽带线性调频信号广泛应用于遥感卫星信号处理类单机中，在对地探测雷达、星载SAR、散射计等遥感载荷中，宽带线性调频信号的性能是一项非常重要的指标。宽带线性调频信号比窄带线性调频信号有显著的优势。宽带线性调频信号增加了系统的信息容量，提供更多的关于目标频域信息，为目标识别提供更多的依据，降低多径效应影响，同时，宽带线性调频信号能增强雷达的抗干扰能力，有效地从杂波中检测出目标。雷达探测距离远近与信号的功率相关，探测距离越远需要的信号功率越大。受发射机和馈电系统功率的限制，宽带线性调频信号是增大雷达信号的功率一个很好的选择。速度分辨率取决于对目标的总的观测时间，角度分辨率取决于天线孔径和对目标的观测时间。宽带线性调频信号也是提高速度分辨率的一个有效方法。

采用DDS技术产生宽带线性调频信号己成为高分辨雷达系统中较为普遍的方法。DDS信号产生技术具有众多优点：极高的频率稳定度、超高速的频率转换时间(可达ns)、相位噪声低、信号形式灵活多样、集成度高。同时，它也存在着信号的带宽和信号频率上限受到器件采样频率的限制(常用DDS芯片AD9858，最高输出的频率为400MHz)。

随着高速DAC芯片的广泛引用，采用FPGA控制高速DAC芯片产生宽带线性调频信号也得到应用，常规方法是从FPGA内部或外部的存储器中读取宽带线性调频信号的波形文件实时输出，控制DAC产生宽带线性调频信号。该方法存在内部存储器资源受限、外部存储器硬件设计复杂、FPGA时序风险较大等问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于FPGA和DAC的宽带线性调频信号实时产生方法，一方面信号的带宽和信号频率上限不受器件采样频率的限制，另一方面突破了传统方法FPGA内部存储器资源受限的瓶颈，不需要外部存储器，降低了FPGA程序设计的时序风险，提高了设计的可靠性。

本发明的技术解决方案是：一种基于FPGA和DAC的宽带线性调频信号实时产生方法，步骤如下：

(1)确定需要的宽带线性调频信号参数，所述宽带线性调频信号参数包括中心频率、时宽、带宽、占空比；

(2)结合宽带线性调频信号参数确定DAC芯片的处理时钟速率；

(3)根据DAC芯片的处理时钟速率以及FPGA芯片的处理能力确定FPGA实时并行处理宽带线性调频信号的路数以及时钟速率；根据宽带线性调频信号的精度要求确定FPGA实时计算的角度量化位数；

(4)通过FPGA加法器计算每路宽带线性调频信号的实时角度；

(5)求取每路宽带线性调频信号实时角度的余弦值；

(6)确定DAC芯片的MUX配比值，通过FPGA控制DAC芯片实时输出宽带线性调频信号。

所述步骤(2)中，DAC芯片的处理时钟速率的确定方法如下：

DAC芯片的处理时钟速率f_DAC满足n取能够满足f_DAC≥2(f_H-f_L)的最大整数值，f₀表示宽带线性调频信号的中心频率，f_H表示宽带线性调频信号的最高频率，f_L表示宽带线性调频信号的最低频率，f_DMAX表示DAC芯片标称的最高工作频率。

所述步骤(3)中，FPGA实时并行处理宽带线性调频信号的路数以及时钟速率的确定方法如下：

FPGA实时并行处理宽带线性调频信号的时钟速率FPGA与DAC的接口数据速率其中MUX为DAC芯片的MUX值，MUX的选取需同时满足以及其中f_max和f_{max_int}分别表示FPGA芯片的最高工作速率和最高接口速率，k₁表示FPGA芯片最高工作速率的降额因子，k₂表示FPGA芯片最高接口速率的降额因子；

FPGA实时并行处理宽带线性调频信号的路数N＝2×MUX。

所述步骤(4)中，计算FPGA处理的每路宽带线性调频信号实时角度的方法如下：

(4.1)利用如下标准线性调频信号表达式计算FPGA处理的第i路宽带线性调频信号实时角度的初值Θ(i-1)：

Θ(i-1)＝θ((i-1)T)×2^p/2π1≤i≤N