LPI雷達多波形設計分析與實現(xiàn)
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隨著雷達電子對抗技術的發(fā)展，雷達生存能力面臨巨大挑戰(zhàn)，低截獲概率(Low Probability ofIntercept，簡稱LPI)雷達技術隨之發(fā)展。為了實現(xiàn)LPI雷達在保證作用距離下降低峰值功率，采用大時寬、帶寬積信號。因此，選擇大時寬、帶寬信號是LPI雷達的研究重點。常規(guī)的脈壓信號即線性調頻(LFM)信號的參數(shù)相對固定，容易被識別，而相位編碼信號采用在子碼內調頻，對實現(xiàn)硬件的要求較高。為此，提出了采用非線性調頻(Non-linear Frequency modulation，簡稱NLFM)和多種調制波交替工作方式，從而降低了截獲的可能性，提高了雷達的生存能力。此外，還提出了一種可行的基于DDS技術解決非線性調頻信號的方案。
2 基本原理
2．1 tan調制信號
以tan調制信號(圖1)為例，說明一般NLFM信號的篩選過程。由于tan函數(shù)在接近π／2時信號上升較快，為了降低非線性信號的多普勒頻移敏感度，定義調頻函數(shù)為：
選擇在線性度較好的(一π／4，π/4)區(qū)間內作調頻。為了處理簡便，設中頻f0=0，則信號的復數(shù)形式為：
式中：τ為時寬，τ=0～20μs；B為帶寬，B=5 MHz，采樣頻率fs=2B。
對匹配濾波器采用hamming窗進行時域加權。圖2給出tan調制信號在0．001B．0．0lB多普勒頻移下的脈壓結果。
由圖1可見，tan調制采用線性度較好的區(qū)間，脈壓結果與線性調頻非常接近，這樣可大大降低多普勒敏感度。雖然，在非常大的頻移下，略微增大tan調制主瓣的寬度，但因tan調制有較高的主旁瓣比，極易于處理。讓該信號分時結合多脈沖，多波形的雷達信號，這樣有助于提高雷達的反截獲和防干擾能力，其性能仿真基本滿足雷達日常工作的需求。
2．2 DDS原理
直接數(shù)字頻率合成器(Direct Digital Synthesizer，簡稱DDS)是一種從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的頻率合成技術。它由相位累加器、加法器、波形存儲ROM、D／A轉換器和低通濾波器(LPF)構成。圖3給出DDS的原理框圖。
圖中：K為頻率控制字；P為相位控制字；fc為參考時鐘頻率；N為相位累加器的字長：D為ROM數(shù)據(jù)位及D／A轉換器的字長。相位累加器在fc的控制下以步長K作累加，輸出的N位二進制碼在相位控制字P、波形控制字W相加后作為波形ROM的地址，對波形ROM尋址，波形ROM輸出D位的幅度碼S(n)經(jīng)D／A轉換器變成階梯波S(t)，再經(jīng)低通濾波器濾波即可得到合成的信號波形。該合成信號波形取決于波形ROM中存儲的幅值碼，因此采用DDS能夠產生任意波形。
3 硬件設計
該系統(tǒng)硬件設計正是基于DDS原理設計的，其主控制器采用ADI公司的高性能DSP處理器AD-SP-BF531。該器件具有以下特點：較高的工作速度，可提高波形轉換速度，縮短轉換時間；最高時鐘頻率為400 MHz；采用雙處理單元結構，32位定點處理器；內部集成84 K字節(jié)SRAM存儲器；具有PPI／GPIO、UART并行接口和SPI接口。該器件的工作原理是：接收計算機發(fā)送的雷達信號參數(shù)，經(jīng)計算處理后產生DDS的控制參數(shù)和時序參數(shù)。控制參數(shù)CSR，CFR，CTWO，LSR，RDW等通過DSP的SPI接口發(fā)送至DDS；時序控制參數(shù)(脈沖重復周期和脈沖寬度)通過DSP的并行總線發(fā)送至系統(tǒng)分時序控制器EP2C20型FPGA。FPGA產生DDS的UPDATE信號和線性調頻方向控制信號PSI和PS2。DDS的參考時鐘設置為單端輸入(20 MHz)，其內部通過FRl寄存器倍頻至400 MHz，作為DDS的系統(tǒng)時鐘。DDS的AVDD引腳接1．8 V模擬電壓，DVDD引腳接1．8 V數(shù)字電壓，DVDD―I／O引腳接3．3 V數(shù)字電壓，其參考時鐘置為單端輸入，一端接20 MHz時鐘，另一端接地。圖4給出該系統(tǒng)硬件設計結構框圖。
由于DDS是波形產生器的核心，其工作模式靈活，控制方式復雜，在權衡波形產生器的要求后，選用ADI公司的高性能AD9958型DDS，其特性：最高工作時鐘頻率為500 MHz；雙通道DDS；內置10位、速率高達500MS／s的D／A轉換器；當輸出頻率為40 MHz時，相位噪聲小于142 dB@l kHz；32位可編程頻率寄存器；14位相位偏移分辨率；10位輸出幅值控制分辨率；SPI控制接口。AD9958采用先進的DDS技術，結合高速、高性能D／A轉換器可構成數(shù)字編程的高頻合成器，產生200MHz頻率的模擬輸出正弦波。頻率調制和控制字可通過串行控制端口加載到AD9958。圖5給出DDS的連接電路圖。
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