【正文】 SP芯片對(duì)基帶信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字上變頻至中頻信號(hào)還比較困難，因此采用了DSP和DUC兩次上變頻的方法完成。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。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(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過(guò)程學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)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(shí)、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(shí)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) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、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 □ 不及格二、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) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格對(duì)答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)□ 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) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格評(píng)定成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任： （簽名）年 月 日摘 要近三十年發(fā)展起來(lái)的高頻地波雷達(dá)，是一種可以連續(xù)監(jiān)測(cè)大面積海域的海洋遙感設(shè)備，能探測(cè)到海洋表面風(fēng)、浪、流等基礎(chǔ)要素的信息，以及海面上低速移動(dòng)的艦船、低空飛行的飛機(jī)等硬目標(biāo)，具有覆蓋范圍大，探測(cè)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等突出特點(diǎn)，在海洋開發(fā)和利用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由DSP芯片TMS320VC5409產(chǎn)生低頻基帶信號(hào)，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(hào)，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。 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) 13167。 印制電路板（PCB）設(shè)計(jì) 39第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 43167。高頻地波雷達(dá)用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：覆蓋范圍大，探測(cè)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(cè)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]。 基于軟件無(wú)線電的雷達(dá)通用平臺(tái)軟件無(wú)線電是在20世紀(jì)90年代初期提出來(lái)的一種新的無(wú)線通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。軟件無(wú)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(wú)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(lái)控制，硬件系統(tǒng)的更新?lián)Q代變成軟件版本的升級(jí)，開發(fā)周期與費(fèi)用大為降低。因此軟件無(wú)線電成為數(shù)字雷達(dá)系統(tǒng)的突破性技術(shù)。如圖中標(biāo)識(shí)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(lái)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(hào)處理將由DSP芯片完成，從而真正實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電。上面提到，如果采樣速率較高，DSP處理數(shù)據(jù)的壓力將會(huì)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(wú)線電的要求。而數(shù)字上變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度，高線性度，無(wú)諧波分量的頻譜搬移，而且由于有內(nèi)插過(guò)程，基帶信號(hào)的速率可以較低，這也為DSP處理基帶數(shù)字信號(hào)的調(diào)制編碼減輕了負(fù)擔(dān)。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。第二章 數(shù)字上變頻相關(guān)理論。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。兩種方式各有優(yōu)劣，前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但高頻鏡像只會(huì)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。但是隨著采樣頻率的提高，采樣后的數(shù)據(jù)流速率相應(yīng)地提高，從而導(dǎo)致后續(xù)的信號(hào)處理速度跟不上；同樣的道理，在處理窄帶信號(hào)的時(shí)候，過(guò)低的采樣率又與后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理的速率不一致。式中的幅度增益是因?yàn)闉V波后只保留個(gè)頻譜樣本中的一個(gè)，信號(hào)能量平均減少為原來(lái)的，由內(nèi)插的濾波器來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)能量損失。這種辦法雖然損失了少量高頻成分，但在信號(hào)恢復(fù)時(shí)可以確保需要的低頻成分能準(zhǔn)確地恢復(fù)出來(lái)，如圖25所示。由圖26可以看出，兩個(gè)級(jí)聯(lián)的低通濾波器都工作在相同的取樣率，所以可以用一個(gè)組合濾波器來(lái)代替，組合濾波器頻率特性應(yīng)滿足：. (26) 圖26 分?jǐn)?shù)倍采樣變換 多抽樣數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域基本涉及的是多于一個(gè)抽樣率的數(shù)字系統(tǒng)的情況。圖27為一個(gè)由布哈窗生成的10階半帶濾波器幅頻、相頻圖。為了降低旁瓣電平，多采用多級(jí)CIC濾波器級(jí)聯(lián)的方法。同樣，若輸入信號(hào)的幅度有稍許偏差，還會(huì)使混頻輸出的兩路信號(hào)幅度也不一致。因而，數(shù)字域正交混頻形成中頻信號(hào)應(yīng)用的越來(lái)越廣[10,11,15,16]。在匹配濾波理論的指導(dǎo)下，一般采用非線性相位調(diào)制的辦法,，即采用脈沖壓縮技術(shù)獲得較大的時(shí)寬帶寬乘積信號(hào)，讓雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射寬度相對(duì)較寬、峰值功率較低的脈沖，通過(guò)對(duì)載頻進(jìn)行編碼以增加發(fā)射波形的帶寬，然后在接收機(jī)中對(duì)回波波形實(shí)施壓縮，從而達(dá)到窄脈沖、高峰值功率的簡(jiǎn)單脈沖體制雷達(dá)所具有的分辨能力和探測(cè)性能。假設(shè)目標(biāo)為理想點(diǎn)目標(biāo)，且目標(biāo)在距離雷達(dá)處以徑向速度臨近雷達(dá)站，則目標(biāo)回波時(shí)延為： （光速） (33)則其回波表達(dá)式可寫成： (34)其中為距離衰減因子，為接收天線方向圖?？梢院雎砸恍┬〉南辔唬B續(xù)兩次掃頻的基帶信號(hào)之間的相位差為： . (310)式中為雷達(dá)的工作頻率。下面從性能角度對(duì)該體制進(jìn)行分析[17,18,19,20,21,22]。圖35 匹配濾波輸出信號(hào)5. 距離混疊和多普勒頻率混疊FMICW還有一個(gè)突出特點(diǎn)，其匹配濾波器對(duì)回波信號(hào)因目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而引起的Doppler頻移不敏感，即使回波信號(hào)有較大的頻移，原來(lái)的匹配濾波器仍能起到脈沖壓縮作用，這對(duì)簡(jiǎn)化雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)大有好處。同理，若海上目標(biāo)最大徑向速度為，則產(chǎn)生最大Doppler頻移為： (316)為了滿足采樣定理有，必須同時(shí)滿足： (317)由此看見FMICW體制的雷達(dá)的應(yīng)用還是有很大的局限性。掃頻斜率：。再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，為了增大系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力，采用差分耦合的方式輸出。 數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5409數(shù)字信號(hào)處理器，又稱DSP芯片，是一種特別適合數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。l OVLY位：若，片內(nèi)RAM映射到程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；若，片內(nèi)RAM只映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低128字內(nèi)容如下：l CPU的寄存器（共26個(gè)），可以不需要插入等待周期進(jìn)行訪問；l 外設(shè)寄存器用于對(duì)外設(shè)電路進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)存放。當(dāng)外設(shè)不處于工作狀態(tài)，內(nèi)部時(shí)鐘可以關(guān)斷，因此外設(shè)在正常運(yùn)行模式或節(jié)電模式下，功耗較低。時(shí)鐘模式選擇引腳CLKMD1,2,3和時(shí)鐘模式寄存器CLKMD在輸入時(shí)鐘的基礎(chǔ)上配置CPU系統(tǒng)時(shí)鐘[23]。同時(shí)還提供IDLEIDLEIDLE3等指令來(lái)產(chǎn)生休眠狀態(tài)以進(jìn)一步降低功耗。 圖45 AD9857內(nèi)部結(jié)構(gòu)2. AD9857工作原理AD9857有以下三種工作模式： 1） 正交調(diào)制模式：DDS核心提供一個(gè)正交的本振信號(hào)（sin/cos）到正交調(diào)制器，在那里分別與兩路正交的（I/Q）數(shù)據(jù)相乘、相加，產(chǎn)生一個(gè)正交調(diào)制的數(shù)據(jù)流。因此，在設(shè)計(jì)內(nèi)插因子時(shí)，應(yīng)該滿足并口輸入數(shù)據(jù)流比特率等于。 C5409的系統(tǒng)時(shí)鐘最高可達(dá)，即時(shí)鐘周期最低為，在訪問片外存儲(chǔ)器或外設(shè)時(shí)，可以手動(dòng)設(shè)置插入最多14周期的等待時(shí)間，因此選擇的存儲(chǔ)器的速度于此相匹配即可。并且CPLD是基于EEPROM編程，斷電時(shí)編程信息不丟失，避免了現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）上電重新加載的問題，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中更占優(yōu)勢(shì)[31,32]。 電源模塊設(shè)計(jì) C5409芯片電源電壓有和，其中提供I/O接口用，主要供器件內(nèi)部，包括CPU和其他外設(shè)使用，其他外圍芯片也是兼容，因此采用電源輸入，并由電源轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生所需的電平，如圖47所示。AM29LV160和CY7C1041都支持16位或8位讀寫，而C5409是按字（16位）來(lái)處理，因此將AM29LV160的置高，而CY7C1041的和置低選擇16位讀寫方式。AD9857作為C5409的從器件，由C5409提供移位時(shí)鐘和從使能信號(hào)來(lái)控制信息的流動(dòng)。在串口通信時(shí)，每個(gè)通信周期分成兩部分，前面部分是8位的單字節(jié)指令周期，后面為單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)周期。圖410 AD9857串口讀操作時(shí)序2. AD9857并口分析AD9857的并口管腳主要有D0～D13并口輸入數(shù)據(jù)管腳、TxENABLE、PDCLK。當(dāng)?shù)碗娖竭x通后，C5409與AD9857在移位時(shí)鐘SCLK和同步控制信號(hào)SYNCIO控制下進(jìn)行通信，串口讀寫時(shí)序見圖49和圖410：圖49 AD9857串口寫操作時(shí)序如上圖，在對(duì)AD9857串口寫入數(shù)據(jù)