【正文】 20dB ，并在 A/D 轉(zhuǎn)換后做了抽取處理?？梢院雎砸恍┬〉南辔?，連續(xù)兩次掃頻的基帶信號之間的相位差為： 21 022sfv Tc?????? ????. (310) 式中 0f 為雷達(dá)的工作頻率。 20 圖 33 加入噪聲的基帶信號 速度信息的提取 FMICW 為周期性發(fā)射的信號，對每一幀信號都可以得到一個(gè)距離普。通常由于回波信號的頻率較高（由發(fā)射信號決定），直接進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量非常大， 19 不利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析，因此在做 FFT 分析之前，將 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，以降低數(shù)據(jù)率和載頻。 18 發(fā)射脈沖周期為 q ，脈沖寬度為 pT ，在 zT 時(shí)間內(nèi)重復(fù) p 次，有 zqp T? 。 調(diào)頻中斷連續(xù)波工作原理 目前世界各國的高頻地波雷達(dá)廣泛采用的脈沖壓縮方法是線性調(diào)頻中斷連續(xù)波（ FMICW）體制，這種 波形是用一門控脈沖序列來控制線性調(diào)頻連續(xù)波（ FMCW）得到，它解決了發(fā)射與接收之間的有效隔離，但同時(shí)也會帶來一些弊端： ① 存在距離旁瓣和自身雜波干擾； ② 存在一定的距離和速度測定模糊。同時(shí)為了提高目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力，還要求信號具有較大的能量。如圖中所示，一般輸入的兩列正交信號 ??In、 ??Qn都是內(nèi)插后速率較高的信號，在載頻 0? 處進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，同時(shí)要求 DAC 有較高的轉(zhuǎn)換速度和分辨率，從第一章的分析可以看出，要實(shí)現(xiàn)更高頻率的數(shù)字變頻，還有待于硬件技術(shù)的突破。數(shù)字混頻過程就是輸入數(shù)據(jù)與本振的相乘運(yùn)算，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)時(shí)精度非常高。由于 ADC、 DAC 與 DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字混頻開始代替模擬混頻，采用數(shù)字混頻主要有以下優(yōu)點(diǎn)： ? 載頻與數(shù)字濾波器系數(shù)具有可編程性； ? 數(shù)字混頻不存在線性失真，因而互調(diào)失真?。? ? 數(shù)字濾波器頻響特性好； ? 系統(tǒng)造價(jià)低。由于是非正交調(diào)制，混頻后會產(chǎn)生對稱于本振頻率的兩個(gè)頻率，為此還需增加一個(gè)單邊帶濾波器將其中一個(gè)多余的頻率濾除。 2. 通帶帶寬 2/M? 只與信號的帶寬比例因子 M 或者說 相對信號帶寬有關(guān)，而與信號的絕對帶寬無關(guān)。 CIC 濾波器的沖激響應(yīng)在每個(gè)取值點(diǎn)的幅度均為 1，故它與輸入信號進(jìn)行卷積運(yùn)算時(shí)只需要加法運(yùn)算，這樣可大大減少卷積運(yùn)算的工作量。對于非 2n的整數(shù)部分，用下面的 CIC 濾波器實(shí)現(xiàn)。 半帶濾波器（ HB） 所謂半帶濾波器（ HalfBand Filter）是指其頻率響應(yīng) ()jHe? 滿足以下關(guān)系的 FIR 濾波器： ACSP? ? ?? ? ???????? (27) 式中 C? 為通帶上限頻率， A? 為阻帶下限頻率， S? 為通帶誤差容限， P? 為阻帶誤差容限。用采樣定理的到的多抽樣率系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式是一個(gè)線性、周期時(shí)變的數(shù)字系統(tǒng)。sfI D? ?xn ? ?ym39。 jXe ?000???2?2?2???????2??2??2?? 圖 25 抽取前后信號頻譜結(jié)構(gòu)示意圖（無混疊） 采樣率分?jǐn)?shù)倍變換 如果信號的速率變換不是整數(shù)，則要用到信號重采樣技術(shù)。與發(fā)射信號不同，接收信號是很微弱的，而且其中還混有各種干擾和噪聲，將射頻信號變到中頻后再進(jìn)行處理是為了獲得較高的信噪比，有利于后續(xù)信號的分析。抽取后的信號對于原始的模擬信號來講相當(dāng)于采樣頻率降低 ，若降低后的采樣頻率不能滿足采樣定理，必然造成頻譜混疊。所謂整數(shù)倍抽取就是對原始采樣序列 ()xn 每隔 1D? 個(gè)取一個(gè)，形成新序列 ()DXm，即： ( ) ( )Dx m x mD? , (24) 其相應(yīng)的頻譜為： 10 1 ( 2 )01() Dj j l DDlX e X eD? ? ?? ?? ??? ???, (25) 式中 D 稱為抽取因子，抽取后數(shù)據(jù)速率只有原來的 D 分之一。 0?2?2?2???2?? 2??2???????? 00/ I??/ I??/ I? / I?? ?jXe ?? ?jIXe?? ?39。顯然這種做法是不經(jīng)濟(jì)的，實(shí)際中都是采樣內(nèi)插的方法。為了減少 “盲區(qū) ”數(shù)量，可以提高采樣頻率，使得瞬時(shí)采樣帶寬盡可能的寬。 下面將分章節(jié)一一說明。兩種方式各有優(yōu)劣，前者結(jié)構(gòu)簡單，但高頻鏡像只會出現(xiàn)在原采樣頻率的整數(shù)倍位置上；而后者結(jié)構(gòu)上更加復(fù)雜，但可以搬移至頻譜任意位置。但這兩種方法都是在模擬域進(jìn)行 變頻，過多模擬器件的使用使得輸出端的諧波、噪聲及寄生頻率等難以抑制，同時(shí)不利于整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的集成、修改與更新。 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。針對脈沖壓縮體制的雷達(dá)：調(diào)頻連續(xù)中斷波（ FMICW）進(jìn)行了性能分析，重點(diǎn)闡述了其工作流程和測速、測距原理并進(jìn)行 matlab仿真。 第二章 數(shù)字上變頻相關(guān) 理論。 本文各章內(nèi)容安排 本文設(shè)計(jì)的基于 DSP 的數(shù)字上變頻方案是軟件無線電雷達(dá)通用平臺的一部分，由于目前 DSP 器件規(guī)模和速度的限 制，利用 DSP 芯片對中頻信號直接進(jìn)行數(shù)字上變頻還比較困難，因此采用了 DSP 芯片和正交數(shù)字上變頻器進(jìn)行兩次上變頻完成。目前常用的解決辦法是使用多片高速低分辨率的 DAC（電流輸出型）并聯(lián)工作，這樣既利用了低分辨率 DAC 的轉(zhuǎn)換速度，同時(shí)又提高了的分辨率。 DSP 產(chǎn)生的兩路正交、 同相數(shù)據(jù)通過 DUC 處理得到所需載頻的模擬信號；而采樣數(shù)據(jù)通過 DDC 處理后形成正交、同相兩路輸出，兩個(gè)通路上所用的處理單元相同，保證了兩路輸出在幅度和相位上具有較好一致性。而數(shù)字上變頻技術(shù)可以 5 實(shí)現(xiàn)高精度，高線性度，無諧波分量的頻譜搬移，而且 由于有內(nèi)插過程，基帶信號的速率可以較低，這也為 DSP 處理基帶數(shù)字信號的調(diào)制編碼減輕了負(fù)擔(dān)。目前采用的辦法是用 DUC， DDC 或 FPGA 等專用芯片先完成數(shù)據(jù)處理的部分功能，再用 DSP 處理剩余的工作。上面提到，如果采樣速率較高， DSP 處理數(shù)據(jù)的壓力將會非常大，即使是目前處理速度最快的單片 DSP 芯片TI 公司的 C6X 系列，這還不能完全滿足軟件無線電的要求。 ? 高速數(shù)字信號處理技術(shù) DSP 芯片是軟件無線電的 靈魂和核心所在，軟件無線電的靈活性、開放性、兼容性等特點(diǎn)主要通過 DSP 芯片為中心的通用硬件平臺及 DSP 軟件來實(shí)現(xiàn)。如圖中標(biāo)識的，受限于目前 DSP 的處理能力，數(shù)字上 /下變頻由專用的芯片來完成，然而隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， DSP 芯片的規(guī)模和速度的進(jìn)一步提高，最終所有的數(shù)字信號處理將由 DSP 芯片完成，從而真正實(shí)現(xiàn)軟件無線電。 發(fā)射信號的產(chǎn)生過程是：先由 DSP 產(chǎn)生兩個(gè)正交的基帶，經(jīng)軟件調(diào)制后送入數(shù)字上變頻器（ DUC）中進(jìn)行內(nèi)插處理、正交數(shù)字混頻，以提高輸出信號的數(shù)據(jù)率，輸出的數(shù)據(jù)送入數(shù) /模轉(zhuǎn)換器（ DAC），由 DAC 變成模擬中頻信號，然后經(jīng)過濾波和功率放大后進(jìn)入混頻器混頻得到射頻信號，再經(jīng)過射頻端電路送到天線上發(fā)射出去。因此軟件無線電成為數(shù)字雷達(dá)系統(tǒng)的突破性技術(shù)。 4. 系統(tǒng)監(jiān)控方便：由于軟件無線電至少在中頻以下進(jìn)行數(shù)字化處理 ,通過軟件就可很方便地完成寬帶天線監(jiān)控、系統(tǒng)頻帶調(diào)整、信道監(jiān)測與自適應(yīng)選擇、信號波形在線編程、調(diào)制解調(diào)方式控制及信源編碼與加密處理。 軟件無線電的主要特點(diǎn)可以歸納如下： 1. 系統(tǒng)功能軟件化：軟件無線電將 A/D 和 D/A 變換盡量向射頻端靠攏 ,將中頻以下全部進(jìn)行數(shù)字化處理，使通信功能由軟件來控制，硬件系統(tǒng)的更新?lián)Q代變成軟件版本的升級，開發(fā)周期與 費(fèi)用大為降低。 軟件無線電概述 眾所周知，由于無線通信設(shè)備簡單、便于攜帶、易于操作、架設(shè)方便等特點(diǎn)，在現(xiàn)代通信中的起著舉足輕重的作用，廣泛的應(yīng)用 也使得無線通信系統(tǒng)的種類越來越多，越來越復(fù)雜。 基于軟件無線電的雷達(dá)通用平臺 軟件無線電是在 20 世紀(jì) 90 年代初期提出來的一種新的無線通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)雷達(dá)系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法是根據(jù)探測目標(biāo)的性質(zhì)，采用基于硬件、面向用途的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出的雷達(dá)系統(tǒng)往往 功能比較單一、靈活性差，無法適應(yīng)在不同的環(huán)境下對不同屬性的目標(biāo)進(jìn)行智能化跟蹤探測的需要，若探測任務(wù)變更，原有的設(shè)備就可能無法勝任，需要更換整套設(shè)備。高頻地波雷達(dá)用于海洋環(huán)境監(jiān)測具有明顯的優(yōu)勢：覆蓋范圍大，探測精度高，運(yùn)行費(fèi)用低廉，實(shí)時(shí)性好，不受天氣及海洋氣象條件影響，可全天候工作，并能探測到視距以外的海域，是現(xiàn)有海洋遙感設(shè)備不可替代的關(guān)鍵技術(shù) [1,2,3]。海上的任何活動(dòng)，無論是海洋開發(fā)與研究，還是海洋環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報(bào)和保衛(wèi)領(lǐng)海主權(quán)，都依賴于對風(fēng)、浪、流、潮等海洋環(huán)境要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、變化規(guī)律的掌握和預(yù)測預(yù)報(bào)。 印制電路板（ PCB）設(shè)計(jì) .................................................................................... 39 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 43 167。 雷達(dá)基本參數(shù)設(shè)計(jì) ................................................................................................ 25 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 27 167。 高效數(shù)字濾波理論 ................................................................................................ 12 半帶濾波器（ HB） ...................................................................................... 12 積分梳狀濾波器 (CIC)................................................................................... 13 167。 高頻地波雷達(dá) .......................................................................................................... 1 167。由 DSP 芯片 TMS320VC5409 產(chǎn)生低頻基帶信號，內(nèi)插提高數(shù)據(jù)率，并控制正交數(shù)字上變頻器 AD9857 在數(shù)字域完成二次內(nèi)插、正交調(diào)制、 D/A 變換等，輸出調(diào)制后的模擬信號，完成雷達(dá)發(fā)射通道的數(shù)字上變頻和數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能。 數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字上 /下變頻技術(shù)是構(gòu)建高頻雷達(dá)通用硬件平臺的關(guān)鍵技術(shù)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu)