CN109085542A - 一种双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达信号产生技术领域，特别涉及一种双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法。双通道宽带雷达信号产生***包括：捷变频收发芯片；时钟分配单元，用于产生时钟信号；基带处理单元，以时钟信号为基准，将接收的基带信号处理成与捷变频收发芯片相适配的格式；电源管理单元，用于为双通道宽带雷达信号产生***所有器件进行供电；其中，捷变频收发芯片配置成，以时钟分配单元产生的时钟信号为基准，对基带处理单元传输的基带信号进行数字滤波、模拟滤波以及上变频处理，产生宽带雷达信号。本发明的双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法，简化雷达信号波形产生硬件电路的设计，对雷达本振模块复杂度要求降低。

Description

一种双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法
技术领域
本发明涉及雷达信号产生技术领域，特别涉及一种双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法。
背景技术
雷达波形信号主要形式为窄带脉冲信号及脉冲线性调频信号，产生一般都是由中频波形产生、上变频和功率放大等几个部分组成。目前雷达中频波形产生一般采用DDS芯片直接产生中频信号，再利用双本振信号，经两次上变频及若干滤波器、放大器等电路后，产生射频信号。雷达信号需要较宽的工作带宽，往往通过本振跳频来完成，跳频数量的多少决定了本振信号产生的复杂度，跳频点数越多，本振越复杂。因此，现有技术主要存在几个缺点：(1)本振复杂度高(2) 信号产生电路复杂。(3)DDS产生的中频信号频率低。
发明内容
本发明的目的是提供了一种双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法，以解决现有雷达信号产生***及雷达信号产生方法存在的至少一个问题。
本发明的技术方案是：
一种双通道宽带雷达信号产生***，包括：
捷变频收发芯片；
时钟分配单元，用于产生时钟信号；
基带处理单元，以所述时钟分配单元产生的时钟信号为基准，将接收的基带信号处理成与所述捷变频收发芯片相适配的格式，并传输至所述捷变频收发芯片；
电源管理单元，用于为所述双通道宽带雷达信号产生***所有器件进行供电；其中
所述捷变频收发芯片配置成，以所述时钟分配单元产生的时钟信号为基准，对所述基带处理单元传输的基带信号进行数字滤波、模拟滤波以及上变频处理，产生宽带雷达信号。
可选的，所述基带处理单元还用于在所述捷变频收发芯片工作前，向所述捷变频收发芯片提供配置信息，所述捷变频收发芯片根据所述配置信息进行完成工作前的配置。
可选的，所述基带处理单元是通过SPI总线和离散量控制线路向所述捷变频收发芯片提供配置信息。
可选的，所述基带处理单元包括FPGA芯片和ARM。
本发明还提供了一种双通道宽带雷达信号产生方法，包括如下步骤：
步骤一、根据宽带雷达信号产生所需的频率、带宽、功率信息，生成捷变频收发芯片配置信息，并确定所述配置信息对应于所述捷变频收发芯片寄存器中的地址；
步骤二、将所述配置信息映射至对应的每个寄存器，获得每个寄存器初始化值，并根据所述配置信息编写配置文件，存储在基带处理单元中的存储单元内；
步骤三、根据需要产生的宽带雷达信号种类，产生宽带雷达基带信号对应的频率字，并存储在所述基带处理单元的存储单元内；
步骤四、进行上电，利用所述基带处理单元中的配置文件，按顺序依次配置所述捷变频收发芯片内部对应的各个寄存器；
步骤五、所述基带处理单元根据外部输入选择产生波形的种类，映射到该波形对应的存储单元内，并播放对应的频率字集合，以完成雷达信号产生。
可选的，所述步骤一中所述捷变频收发芯片配置信息包括 TXPLL设置、RXPLL设置、器件输入参考频率设置、数字半带滤波器抽取率设置、数字低通滤波器系数设置、基带采样率设置以及 JESD204b设置。
可选的，所述基带处理单元包括FPGA芯片和ARM，其中FPGA 中RAM作为存储单元。
可选的，所述宽带雷达基带信号对应的频率字包括单频点连续波信号和线性调频信号，在所述步骤三的产生宽带雷达基带信号对应的频率字步骤中：
对于所述单频点连续波信号，频率字不变；
对于所述线性调频信号，频率字按照线性调频斜率及方向，将对应于每个基带采样周期的频率值依次计算出来，并将该频率值归一化至FPGA内DDS核所需的频率字。
可选的，在所述步骤五中：
若是单频点连续波信号，则频率字不变；
若是线性调频信号，则计算出对应于每个基带采样周期的频率值。
可选的，在所述步骤三中，是利用数学软件产生宽带雷达基带信号对应的频率字。
发明效果：
本发明的双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法，简化雷达信号波形产生硬件电路的设计，对雷达本振模块复杂度要求降低；另外，可产生最高频率达6GHz的载频信号，基带调制信号通过基带处理器输入，实现任意雷达频率调制、相位调制信号输出；进一步，能在300MHz-6GHz频率范围内产生任意调制信号。
附图说明
图1是本发明双通道宽带雷达信号产生***的原理框图；
图2是本发明双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法一个实施例中线性调频时频图；
图3是本发明双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法一个实施例中线性调频基带I、Q时域图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1至图3对本发明的双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法做进一步详细说明。
本发明双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法，能在 300MHz-6GHz频率范围内产生任意调制信号，并且可以以一定速率对载频进行大带宽的跳频，产生宽带雷达所需的单脉冲信号及脉冲线性调频信号。
本发明双通道宽带雷达信号产生***主要包括基带处理单元(基带处理器)、捷变频收发芯片、电源管理单元及时钟分配单元。
其中，时钟分配单元用于产生时钟信号；基带处理单元以时钟分配单元产生的时钟信号为基准，将接收的基带信号处理成与捷变频收发芯片相适配的格式，并传输至捷变频收发芯片。
电源管理单元用于为双通道宽带雷达信号产生***所有器件进行供电，具有是利用稳压器产生基带处理单元与捷变频收发芯片所需的电压；其中，捷变频收发芯片配置成，以时钟分配单元产生的时钟信号为基准，对基带处理单元传输的基带信号进行数字滤波、模拟滤波以及上变频处理，产生宽带雷达信号。
进一步，基带处理单元还用于在捷变频收发芯片工作前，向捷变频收发芯片提供配置信息，捷变频收发芯片根据配置信息进行完成工作前的配置。
优选地，基带处理单元包括FPGA芯片和ARM，一般由FPGA 芯片辅以ARM完成，是通过SPI总线和离散量控制线路向捷变频收发芯片提供配置信息，从而完成对捷变频芯片的初始化配置。
进一步，本发明还提供了一种双通道宽带雷达信号产生方法，包括如下步骤：
步骤一、根据宽带雷达信号产生所需的频率、带宽、功率等信息，生成捷变频收发芯片配置信息，并确定配置信息对应于捷变频收发芯片寄存器中的地址。
具体地，捷变频收发芯片配置信息包括TXPLL设置、RXPLL设置、器件输入参考频率设置、数字半带滤波器抽取率设置、数字低通滤波器系数设置、基带采样率设置以及JESD204b设置等。
步骤二、找到这些配置对应于芯片寄存器中的地址，将配置信息映射至对应的每个寄存器，获得每个寄存器初始化值，并根据配置信息编写配置文件，存储在基带处理单元中的存储单元内。
步骤三、根据需要产生的宽带雷达信号种类，利用数学软件产生宽带雷达基带IQ信号对应的频率字，并存储在基带处理单元的存储单元内。其中，基带处理单元包括FPGA芯片和ARM，其中FPGA 中RAM作为存储单元。
其中，宽带雷达基带信号对应的频率字包括单频点连续波信号和线性调频信号。
对应于单频点连续波信号，该频率字不变，对于线性调频信号，该频率字按照线性调频斜率及方向，将对应于每个基带采样周期的频率值依次计算出来，并将该频率值归一化至FPGA内DDS核所需的频率字。
在ARM内编写初始化捷变频收发芯片的SPI读写模块，用于初始化捷变频芯片。调用FPGA内DDS的IP核，将该IP核配置为频率可编程，并将采样率设置为与捷变频收发芯片的基带采样率一致，将计算出的频率字存储在FPGA的RAM中。
步骤四、进行上电，利用基带处理单元中(FPGA内)的配置文件，按顺序依次配置捷变频收发芯片内部对应的各个寄存器，并使能发射通道。
步骤五、FPGA通过外部输入选择产生波形的种类，并映射到该波形对应的存储单元内，存储单元内存储了该波形对应的频率字，若是连续波信号，则频率字不变，若是线性调频信号，则需要计算出将对应于每个基带采样周期的频率值，当外部周期性触发脉冲到来时， FPGA播放该段频率字集合，以完成雷达信号产生。
并且，当上位机需大带宽多频点跳频时，预先计算出该频率点对应的频率控制字以及相关的校准信息，并生成对应每个频点的配置信息表，按照配置芯片规定的时序要求将配置信息写入芯片寄存器内，完成雷达信号的大带宽多频点跳频。
综上所述，本发明的双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法，简化雷达信号波形产生硬件电路的设计，对雷达本振模块复杂度要求降低；另外，可产生最高频率达6GHz的载频信号，基带调制信号通过基带处理器输入，实现任意雷达频率调制、相位调制信号输出；进一步，能在300MHz-6GHz频率范围内产生任意调制信号。
下面将以一具体实例对本发明的双通道宽带雷达信号产生***及信号产生方法进行说明：
选用ADI公司的捷变频收发芯片AD9371，商用芯片AD9371是一款射频捷变收发器，涵盖了300M～6G的宽RF调谐范围，可产生瞬时信号带宽最高可达200MHz，集成了射频前端、AD转换器、频率合成器、变频接收器，是一款集多种功能于一体的成熟商用芯片，其***电路和相比离散器件的方案，电容、电阻及其他IC芯片的数量减少一半以上，且硬件平台可构建多种模式，可重构性强，可应用于多种场合。与另一款芯片AD9361相比，其在信号带宽、镜像抑制、高速接口性能方面都有了提升。FPGA选用Xilinx公司Artix-7系列中的一款FPGA,这是一款28nm工艺的最佳性价比FPGA，具有丰富可灵活配置的逻辑单元，同时支持高速数据传输，是低成本、高效能的优选芯片。
利用AD9371产生中心频率2.5GHz，线性调频信号瞬时带宽 100MHz，假设脉宽周期为100us，占空比为1:10，本方法包括以下步骤：
第一步，根据宽带雷达信号所需的频率、带宽、功率等信息，确定芯片芯片内部TXPLL设置、RXPLL设置、器件输入参考频率、数字半带滤波器抽取率、数字低通滤波器系数、基带采样率、JESD204b 设置等。利用ADI公司提供的配置软件，对芯片的工作模式等信息进行相应设定，设定主要包括设置芯片的输出中心频率为2500MHz，输入时钟122.88MHz，两路通道的基带信号采样率都为122.88M，带宽设置为100MHz。
将所有功能配置结束后，即可生成配置收发捷变频芯片所需的配置流程程序。
以上所述配置软件为ADI公司提供的AD9371Transceiver Evaluation Software。
第二步，利用matlab软件产生宽带雷达基带IQ信号对应的频率字，以w0＝2πf0代表未调制的载波频率，线性调频信号的频率变化规律为：
其中，μ为频率调制指数。本例中μ＝B/t＝1×1012。
利用matlab将每一个基带采样周期对应的频率值一次计算出来，然后根据FPGA内的DDS核的数据格式要求进行归一化转换。本例需要产生的基带数据和归一化后输入DDS核的频率字时频特性如图 2所示。
将计算出的频率字存储在FPGA的RAM中，调用FPGA内DDS 的IP核，IP核配置为频率可编程，这样可以通过对IP核输入频率值后，IP核产生相应的IQ基带信号。将IP核的时钟设置为同AD9371 数据时钟一致。通过对IP核输入频率字即可产生本例所需的线性调频IQ基带信号。
第三步，上电后，按照配置表信息，以规定顺序和时序依次配置捷变频收发芯片的各个内部寄存器，配置结束后，将芯片发射通道使能。
利用FPGA产生所需的基带IQ数据，当外部周期性触发脉冲到来时，FPGA将IQ数据信息发送至捷变频收发芯片，基带IQ数据时域图如图3所示。
需要注意的是：
1)AD9371芯片内部的信号产生部分基带采样率最高可达到 300M，能产生宽带雷达信号的最大瞬时带宽是250M，工作带宽调谐范围是300MHz-6GHz
2)由于AD9371芯片内部的信号产生部分使用同一个锁相环电路产生本振，产生两路雷达信号的本振都是相同的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双通道宽带雷达信号产生***，其特征在于，包括：
捷变频收发芯片；
时钟分配单元，用于产生时钟信号；
基带处理单元，以所述时钟分配单元产生的时钟信号为基准，将接收的基带信号处理成与所述捷变频收发芯片相适配的格式，并传输至所述捷变频收发芯片；
电源管理单元，用于为所述双通道宽带雷达信号产生***所有器件进行供电；其中
所述捷变频收发芯片配置成，以所述时钟分配单元产生的时钟信号为基准，对所述基带处理单元传输的基带信号进行数字滤波、模拟滤波以及上变频处理，产生宽带雷达信号。
2.根据权利要求1所述的双通道宽带雷达信号产生***，其特征在于，所述基带处理单元还用于在所述捷变频收发芯片工作前，向所述捷变频收发芯片提供配置信息，所述捷变频收发芯片根据所述配置信息进行完成工作前的配置。
3.根据权利要求2所述的双通道宽带雷达信号产生***，其特征在于，所述基带处理单元是通过SPI总线和离散量控制线路向所述捷变频收发芯片提供配置信息。
4.根据权利要求1所述的双通道宽带雷达信号产生***，其特征在于，所述基带处理单元包括FPGA芯片和ARM。
5.一种双通道宽带雷达信号产生方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据宽带雷达信号产生所需的频率、带宽、功率信息，生成捷变频收发芯片配置信息，并确定所述配置信息对应于所述捷变频收发芯片寄存器中的地址；
步骤二、将所述配置信息映射至对应的每个寄存器，获得每个寄存器初始化值，并根据所述配置信息编写配置文件，存储在基带处理单元中的存储单元内；
步骤三、根据需要产生的宽带雷达信号种类，产生宽带雷达基带信号对应的频率字，并存储在所述基带处理单元的存储单元内；
步骤四、进行上电，利用所述基带处理单元中的配置文件，按顺序依次配置所述捷变频收发芯片内部对应的各个寄存器；
步骤五、所述基带处理单元根据外部输入选择产生波形的种类，映射到该波形对应的存储单元内，并播放对应的频率字集合，以完成雷达信号产生。
6.根据权利要求5所述的双通道宽带雷达信号产生方法，其特征在于，所述步骤一中所述捷变频收发芯片配置信息包括TXPLL设置、RXPLL设置、器件输入参考频率设置、数字半带滤波器抽取率设置、数字低通滤波器系数设置、基带采样率设置以及JESD204b设置。
7.根据权利要求5所述的双通道宽带雷达信号产生方法，其特征在于，所述基带处理单元包括FPGA芯片和ARM，其中FPGA中RAM作为存储单元。
8.根据权利要求7所述的双通道宽带雷达信号产生方法，其特征在于，所述宽带雷达基带信号对应的频率字包括单频点连续波信号和线性调频信号，在所述步骤三的产生宽带雷达基带信号对应的频率字步骤中：
对于所述单频点连续波信号，频率字不变；
对于所述线性调频信号，频率字按照线性调频斜率及方向，将对应于每个基带采样周期的频率值依次计算出来，并将该频率值归一化至FPGA内DDS核所需的频率字。
9.根据权利要求8所述的双通道宽带雷达信号产生方法，其特征在于，其特征在于，在所述步骤五中：
若是单频点连续波信号，则频率字不变；
若是线性调频信号，则计算出对应于每个基带采样周期的频率值。
10.根据权利要求8所述的双通道宽带雷达信号产生方法，其特征在于，在所述步骤三中，是利用数学软件产生宽带雷达基带信号对应的频率字。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181225

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