一种多功能雷达信号发生器的设计与研制

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雷达技术自诞生起便广泛应用于军事及民用领域,在通信、定位、气象等方面大放异彩。雷达诞生之初多采用外场试飞的方式进行各项性能测试,但这种测试方式受限于环境及成本因素。而雷达信号发生器能够模拟雷达回波信号,突破了外场试飞方式的限制,在雷达的设计、调试与检修中得到广泛运用。本文设计的多功能雷达信号发生器,可以实现不同频率及幅度组合的单频连续波、单频脉冲、线性调频、脉内双频信号的输出。为满足信号发生器的技术需求,本论文采用FPGA+DDS的架构并结合上位机软件来设计及实现多功能的雷达信号发生器。论文结构上,首先阐述了三种典型的信号发生器的频率合成技术,分别为间接频率合成技术、直接模拟式频率合成技术、直接数字式频率合成技术(direct digital frequency synthesis technology,DDS),分析并比较了它们的工作原理及工作特点。本文基于DDS技术展开雷达信号发生器的设计。接着,根据课题要求对整体设计方案、硬件逻辑设计、软件设计展开了论述。整体方案包括软件程序设计、硬件逻辑设计、DDS信号合成、信号处理。上位机软件在Windows10上设计开发,该软件负责人机交互,用户输入雷达信号发生器的信号参数,通过串行通信接口(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)与下位机通信。硬件采取FPGA+DDS的架构,FPGA作为中枢系统接收上位机的参数数据控制DDS产生信号,并反馈整个雷达信号发生器运行状态信息。DDS芯片采用AD9910,该款芯片具有优异的信号输出性能,在多种工作模式选择下可通过编程控制内置寄存器调制信号。设计了信号处理电路对DDS产生的信号进行优化处理,以达到技术指标。最后,本文介绍了雷达信号发生器软硬件系统的调试,包括通信测试及信号输出测试。通信测试中,上位机软件能够正常控制下位机系统输出对应波形,并获取运行状态信息。信号输出测试中,设置不同的信号参数输出单频连续波、单频脉冲、线性调频、脉内双频信号。信号的功能性指标(频率、幅度、脉宽、重频、带宽)与软件设置参数一致,性能指标经频谱测试表明杂散及噪声抑制均在60d Bc以上,符合项目技术要求。
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