[发明专利]一种基于FPGA的任意分布宽带调频噪声实时产生方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号产生技术。

背景技术

调频噪声是雷达干扰模拟器压制式噪声的主要实现方式，被广泛应用于雷达干扰中。雷达干扰模拟器中，压制式噪声干扰具有多种不同的干扰样式；不同干扰样式的噪声频谱密度需匹配不同的分布曲线，才能得到最优的干扰效果。例如，实现窄带瞄准式干扰，调制噪声频谱密度为正太分布时可达到最佳干扰效果；实施宽带阻塞干扰时，均匀分布能使能量在频谱上更为平均，达到更好的干扰效果；因此，调频噪声需具有多种频谱密度以适应不同干扰模式。另一方面，随着雷达频率捷变技术广泛应用，雷达在频域上，能通过快速切变频率，避开被干扰频带；为能有效的干扰雷达，要求压制噪声能根据雷达波束频率变化而快速变化，即具备较高实时性。产生具有高实时性、强随机性、且频谱密度服从任意给定分布的调频噪声具有广泛的应用价值。

雷达干扰模拟器技术领域内，调频噪声已有的实现方式主要是：1.采用软件方式，在计算机生成相应分布的调频噪声，通过高速数据线，传输给数模转换器件，实现任意分布调频噪声产生；该方式的优势是：计算机具有强大的处理能力，可产生任意分布的调频噪声；但受限于传输速率，其实时性不强。2.ROM存储方式，将服从给定分布的伪随机信号存储于板载ROM中，通过实时读取数据，经数模转换，并与模拟本振混频，实现任意分布调频噪声产生；该方式的优势是：实时性强；但受限于ROM的大小，一般预存噪声频谱密度分布种类少，且需与模拟本振混频，电路复杂。

本发明提出了一种逻辑结构简单，资源占用少，实时性高，直接由可编程逻辑器件独立实现的调频噪声产生方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于FPGA的任意分布宽带调频噪声实时产生方法。

实现本发明的技术解决方案为：本方案分三个步骤，第一步，在FPGA内，构造任意分布随机数发生器，其功能为：对M序列进行选取，得到符合给定分布的随机数，具体方法如下：给定分布密度曲线上均匀采样,样本点存储于板载ROM中；在FPGA内,根据M序列本原多项式, 获取两组均匀分布的M序列；一组作为ROM的地址,寻址ROM；另一组与ROM地址对应的输出值比较，仅当随机数小于ROM读出值时，将当前ROM地址作为符合给定分布的随机数输出；第二步，符合给定分布的随机数映射到调频噪声带宽内，以获得符合给定分布的随机频率，具体方如下：将已获取的符合给定分布的随机数B，按公式1进行线性变换，使得随机数的变化始终限定在噪声带宽内，从而得到符合给定分布的随机频率；第三步，将上一步获取的随机频率，作为DDS输入频率，即可直接合成出调频噪声。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：针对软件方法存在的大数据量传输瓶颈导致实时性不高的问题，本发明的调频噪声全部处理均由可编程逻辑器件直接产生，提高了实时性；针对ROM存储式，存储数据量大，随机性不强，且数模混合电路复杂的问题，本发明的调频噪声采用：1.板载ROM中存储少量给定分布密度曲线的样本点；2.符合给定分布的随机数由均匀分布的随机数由M序列经门限筛选得到；3.调制噪声的随机频率由符合给定分布的随机数映射到调制噪声的带宽范围内得到；4.最后通过DDS直接合成出符合给定分布的数字调频噪声；该方法，存储数据量少，可同时存储多种分布的样本点；调制噪声产生完全通过FPGA 内部逻辑实现，改善了电路复杂性。

本发明基于FPGA的硬件平台，采用VHDL语言编程，已应用于工程实际。

附图说明

图1是本发明任意分布宽带调频噪声实时产生方法流程图。

图2是本发明正态分布调频噪声频谱密度曲线图。

图3是本发明正态分布调频噪声频谱图。

具体实施方式

如图1所示，本发明具体实施方法为：

1.给定分布密度曲线上均匀采样m个样本点，存储于板载ROM中；

2.FPGA内部，根据M序列本原多项式产生两组M序列M1、M2，其中M1二进制位数与样本点二进制位数相同，M2二进制位数与ROM地址二进制位数相同；以M2为地址，寻址ROM 得到值A，若A>M1，则输出M2，否则舍弃，从而得到符合给定分布的随机数B；

3.实现随机数与随机频率的映射：根据公式将B中的每个随机数映射到调制噪声的带宽范围内，得到随机频率；

4.最后，将获取的随机频率，输入DDS的IP核，得到频谱密度符合任意给定分布调频噪声。

本发明所述技术方案具有实时性高、资源占用小的特点，设计带宽100MHz频谱密度为正态分布的调频噪声，数据有效位数16位，系统时钟250MHz时，FPGA的block ram资源消耗小于256KB，调频噪声形成时间小于1us，调频噪声频谱密度曲线如图2，调频噪声频谱如图 3，满足大多数雷达干扰模拟器调频噪声设计的要求。