【正文】 時(shí)，在SCLK的上升沿采樣并鎖存數(shù)據(jù)。讀寫速度慢，而且操作復(fù)雜，對(duì)于實(shí)時(shí)操作相當(dāng)不利。同時(shí)，該上變頻系統(tǒng)同時(shí)涉及數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也應(yīng)該采用多電源分別供電。圖46 Quartus開發(fā)界面3. 時(shí)鐘電路時(shí)鐘是電子器件工作時(shí)間基準(zhǔn)，C5409和AD9857都屬于高頻器件，要求有精準(zhǔn)的時(shí)鐘輸入，所以選擇有源晶振，穩(wěn)定性較好。CY7C1041有的容量，可以進(jìn)行8位或16位的讀寫。 片外RAM、ROM及接口電路1. 片外RAM、ROM包括C5409在內(nèi)的TI公司的DSP芯片，都存在一個(gè)缺陷，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量不大，對(duì)于比較復(fù)雜的程序，必須擴(kuò)展片外RAM和ROM。2） 單頻輸出模式：AD9857相當(dāng)于一個(gè)頻率源，不接收外部數(shù)據(jù)，有DDS核在頻率控制字的控制下產(chǎn)生一個(gè)單頻數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過反向SINC濾波器和輸出幅度控制器后再經(jīng)DAC輸出。受限于TMS320VC5409的處理能力，中頻信號(hào)的數(shù)字上變頻還需要由專用的數(shù)字上變頻器來完成，除此之外，片外存儲(chǔ)器的種類也很多，如何選擇這些外圍芯片使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活可變是下面要探討的問題?？删幊痰姆謪^(qū)轉(zhuǎn)換模塊(BSCR)：外部存儲(chǔ)器分區(qū)之間切換等待管理。2） 可編程定時(shí)器由三個(gè)寄存器組成，分別是定時(shí)器寄存器（TIM）、定時(shí)器周期寄存器（PRD）和定時(shí)器控制寄存器（TCR）。3） I/O空間I/O空間是一個(gè)字的地址空間（0000H~FFFFH），并且都在器件之外。1） 程序存儲(chǔ)器TMS320VC5409有23根地址線，使其程序空間可達(dá)字，由程序計(jì)數(shù)器擴(kuò)展寄存器（XPC）分頁(yè)管理，擴(kuò)展的程序空間分為128頁(yè)，每頁(yè)字，XPC的值定義擴(kuò)展存儲(chǔ)器的頁(yè)面。因此除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的運(yùn)算和控制功能外，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流程上做了較大的改動(dòng)。這種設(shè)計(jì)思想帶來的最大好處是靈活性強(qiáng)，發(fā)射信號(hào)均由DSP產(chǎn)生，修改非常容易。理論最大探測(cè)距離：。另外由于采樣頻率的限制，F(xiàn)MICW能探測(cè)到的也僅限于海上低速目標(biāo)。受發(fā)射脈沖調(diào)制的海洋散射回波在進(jìn)入接收機(jī)時(shí)又受到與頻率相同的壓低波的調(diào)制，二者對(duì)不同距離回波作用是二者卷積積分的結(jié)果，表現(xiàn)為接收時(shí)間利用率不同，相應(yīng)對(duì)回波信號(hào)乘了一個(gè)小于1的系數(shù)。. (312)2. 距離分辨率 ，調(diào)整掃頻帶寬即可以改變距離分辨率，容易做到較高的指標(biāo)。速度維上峰值頻率約為： . (311) 圖34 距離速度三維譜圖34所示為兩次FFT后得到的距離速度三維譜，尖峰處對(duì)應(yīng)的距離和速度值分別表示目標(biāo)距離雷達(dá)的初始距離和目標(biāo)對(duì)于雷達(dá)的徑向速度，正負(fù)表示朝向或背離雷達(dá)。通常由于回波信號(hào)的頻率較高（由發(fā)射信號(hào)決定），直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量非常大，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。 調(diào)頻中斷連續(xù)波工作原理目前世界各國(guó)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(huì)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(cè)定模糊。如圖中所示，一般輸入的兩列正交信號(hào)、都是內(nèi)插后速率較高的信號(hào)，在載頻處進(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。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)：l 載頻與數(shù)字濾波器系數(shù)具有可編程性；l 數(shù)字混頻不存在線性失真，因而互調(diào)失真?。籰 數(shù)字濾波器頻響特性好；l 系統(tǒng)造價(jià)低。2. 通帶帶寬只與信號(hào)的帶寬比例因子或者說相對(duì)信號(hào)帶寬有關(guān)，而與信號(hào)的絕對(duì)帶寬無關(guān)。對(duì)于非的整數(shù)部分，用下面的CIC濾波器實(shí)現(xiàn)。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)。與發(fā)射信號(hào)不同，接收信號(hào)是很微弱的，而且其中還混有各種干擾和噪聲，將射頻信號(hào)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(hào)的分析。所謂整數(shù)倍抽取就是對(duì)原始采樣序列每隔個(gè)取一個(gè)，形成新序列，即：, 　　 (24)其相應(yīng)的頻譜為： , (25)式中稱為抽取因子，抽取后數(shù)據(jù)速率只有原來的分之一。 整數(shù)倍內(nèi)插要提高數(shù)據(jù)率，理論上可以對(duì)已知的抽樣序列進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的到原來的連續(xù)時(shí)間函數(shù)，然后再對(duì)進(jìn)行較高抽樣率的抽樣的到新的抽樣序列。 圖21 數(shù)字上變頻原理圖數(shù)字上變頻理論是以現(xiàn)代通信中的軟件無線電理論為基礎(chǔ)，它所依據(jù)的基本理論主要包括多速率信號(hào)處理理論、高效數(shù)字濾波理論，以及數(shù)字域正交混頻理論。第六章 對(duì)本文所設(shè)計(jì)的上變頻方案進(jìn)行總結(jié)分析，并對(duì)下一步的研究工作提出了幾點(diǎn)展望。主要包括：多速率信號(hào)處理理論、高效數(shù)字濾波理論、正交數(shù)字混頻理論。單片集成是DAC的主要發(fā)展方向。解決的辦法是， A/D變換之后先對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行下變頻，把采樣數(shù)據(jù)變換到基帶，再利用抽取濾波器降低數(shù)據(jù)速率，將這些運(yùn)算量大的任務(wù)交給專用芯片完成，既保持了軟件無線電的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)又具有可實(shí)現(xiàn)性。因此很難用DSP直接處理寬帶射頻或中頻信號(hào)?；谲浖o線電的通用硬件平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)，需要以下關(guān)鍵技術(shù)[6,7,8,9]：l 開放式總線結(jié)構(gòu)軟件無線電的一個(gè)重要特點(diǎn)是其開放性，這主要體現(xiàn)在軟件無線電所采用的開放式標(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)上，只有采用先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化總線，才能發(fā)揮軟件無線電適應(yīng)性廣，升級(jí)換代方便等特點(diǎn)。雷達(dá)處理中頻為，發(fā)射與接收中基帶信號(hào)與中頻信號(hào)之間的變換都在數(shù)字域中完成。同類模塊通用性好，通過更換或升級(jí)某模塊就可實(shí)現(xiàn)新的通信功能。如果能把軟件無線電的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于雷達(dá)的設(shè)計(jì)研制，也就是實(shí)現(xiàn)軟件化雷達(dá)，那么就能比較圓滿的解決目前雷達(dá)設(shè)計(jì)中所存在的問題。整體性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外90年代中期先進(jìn)水平[4]。 AD9857參數(shù)設(shè)計(jì) 44167。 調(diào)頻中斷連續(xù)波工作原理 17 FMICW信號(hào)波形 17 距離信息的提取 19 速度信息的提取 20167。另外，本文對(duì)線性調(diào)頻中斷連續(xù)波（FMICW）的波形參數(shù)設(shè)計(jì)和性能做了一些研究，按照雷達(dá)系統(tǒng)指標(biāo)要求給出了波形參數(shù)的設(shè)計(jì)過程和具體參數(shù)值。不論是遙感海洋表面狀態(tài)參數(shù)，還是探測(cè)海上硬目標(biāo)，迫切需要在不變更硬件系統(tǒng)的條件下，高頻雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)可靈活設(shè)置。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 學(xué)位論文作者（簽名）： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。利用數(shù)字信號(hào)的可編程性，產(chǎn)生參數(shù)可以靈活設(shè)置的雷達(dá)基帶信號(hào)，使雷達(dá)通用平臺(tái)既能用于探測(cè)不同距離的海域，又能提供不同的分辨力，獲得不同的目標(biāo)探測(cè)精度。 基于軟件無線電的雷達(dá)通用平臺(tái) 2 軟件無線電概述 2 雷達(dá)通用硬件平臺(tái) 3167。 上變頻系統(tǒng)總體規(guī)劃 27167。因此迫切需要先進(jìn)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和技術(shù)，對(duì)海洋環(huán)境實(shí)現(xiàn)全方位、多手段的立體監(jiān)測(cè)，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握海洋自身運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律。不僅雷達(dá)研制單位需要付出許多重復(fù)性勞動(dòng)，雷達(dá)用戶也增加了額外的購(gòu)買成本，給使用和維護(hù)雷達(dá)也帶來極大的不便。不同的無線通信系統(tǒng)由于自身的特點(diǎn)而應(yīng)用于不同的場(chǎng)合：短波電臺(tái)適合遠(yuǎn)距離傳輸，發(fā)射功率不大，其“中繼系統(tǒng)”電離層不會(huì)被摧毀；衛(wèi)星通信能傳播高質(zhì)量的信息，提供很寬的頻帶；微波通信抗干擾能力強(qiáng)，適合大數(shù)據(jù)量傳送，但只能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。 雷達(dá)通用硬件平臺(tái)數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是整個(gè)雷達(dá)軟件無線電技術(shù)的靈魂和核心，而接收和發(fā)射系統(tǒng)則為軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用提供了舞臺(tái)。雷達(dá)接收信號(hào)的過程與發(fā)射信號(hào)相反，接收信號(hào)經(jīng)過射頻端濾波放大后，與本振信號(hào)混頻，得到中頻處理信號(hào)，再次濾波放大后，送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過數(shù)字下變頻器（DDC）降速處理得到低速基帶數(shù)字信號(hào)，最后送給DSP處理。從前端接收下來的信號(hào)，或從功放發(fā)射出去的信號(hào)都要經(jīng)過DSP芯片的處理：或頻譜分析、信號(hào)解調(diào)、信號(hào)類型識(shí)別，或進(jìn)行信號(hào)的數(shù)字上下變頻，或進(jìn)行各種各樣的數(shù)字調(diào)制、數(shù)字濾波、比特流的編碼、譯碼、同步信號(hào)的獲取等等。另外，也可以利用多個(gè)DSP并行處理的方法來提高DSP的數(shù)據(jù)處理能力。l 高速A/D、D/A變換技術(shù)在軟件無線電通信體統(tǒng)中，要達(dá)到盡可能多的以數(shù)字信號(hào)形式處理無線信號(hào)，必須把ADC、DAC盡量靠近射頻前端，為了減少模擬環(huán)節(jié)，在較高的中頻，甚至射頻段就開始對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D或D/A。由DSP芯片產(chǎn)生低頻基帶信號(hào)，內(nèi)插提高數(shù)據(jù)率，并控制數(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。按照雷達(dá)系統(tǒng)指標(biāo)要求給出了波形參數(shù)的設(shè)計(jì)過程和具體參數(shù)值。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，軟件無線電應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)已成必然趨勢(shì)，數(shù)字變頻技術(shù)因頻率分辨率高，頻率容易改變，相位線性變化，易于數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 多速率信號(hào)處理理論根據(jù)帶通采樣理論，對(duì)帶限信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣所得的信號(hào)速率至少為原信號(hào)的帶寬的兩倍。若要中恢復(fù)原始譜，必須對(duì)內(nèi)插后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波（濾波器的帶寬為），濾波后原來插入的零值點(diǎn)被平滑成為的準(zhǔn)確內(nèi)插值。抽取還會(huì)造成頻率混疊，如圖23所示。 圖25 抽取前后信號(hào)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(hào)的速率變換不是整數(shù)，則要用到信號(hào)重采樣技術(shù)。 高效數(shù)字濾波理論 由前面的介紹可以看出，濾波器在多抽樣率轉(zhuǎn)換中起著舉足輕重的作用，濾波器性能的好壞直接影響到取樣率變換的效果及其實(shí)時(shí)處理的能力[10,12]。CIC濾波器由這兩部分級(jí)聯(lián)而成，為積分器的傳遞函數(shù)，為梳狀濾波器的傳遞函數(shù)。 數(shù)字混頻正交變換理論傳統(tǒng)的混頻方式大多是采用模擬信號(hào)和本振信號(hào)混頻形成中頻已調(diào)信號(hào)。模擬域的兩路基帶分量相位不平衡的現(xiàn)象，在數(shù)字域中基本不存在。測(cè)距精度和距離分辨率取決于信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，要求信號(hào)占有足夠的帶寬；而測(cè)速精度和速度分辨率則取決于信號(hào)的時(shí)間結(jié)構(gòu)，要求信號(hào)具有大的時(shí)寬。在掃頻周期內(nèi)，發(fā)射信號(hào)頻率由起始頻率 線性增加到，占用的頻帶寬度為：，掃頻斜率為：，考慮到同步控制電路可編程器件的時(shí)間開銷，下一次掃頻是在幀周期結(jié)束時(shí)刻才立刻開始且。 距離信息的提取對(duì)求導(dǎo)可以得到基帶的瞬時(shí)頻率為：， (36)對(duì)于低速移動(dòng)的目標(biāo)，于是有： . (37)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行A/D采樣后經(jīng)過點(diǎn)FFT做距離變換，就可得到距離信息對(duì)應(yīng)的離距離譜： ， (38)其中為距離譜序列編號(hào)。l 圖中所示的速度為目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度，要得出目標(biāo)的絕對(duì)速度，可以用雙站雷達(dá)對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)再進(jìn)行速度合成；或者采用其他一些特殊算法處理單站所測(cè)得的數(shù)據(jù) 。說明鄰近距離元回波會(huì)對(duì)特定的距離分辨率單元造成嚴(yán)重干擾。當(dāng)時(shí)，便出現(xiàn)距離混疊。 發(fā)射脈沖的參數(shù)如周期q、寬度、一個(gè)掃頻周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)p等受到最大探測(cè)距離、距離分辨率和同步控制電路中可編程邏輯器件的時(shí)間開銷、系統(tǒng)工作比、不產(chǎn)生距離混疊、雷達(dá)系統(tǒng)接收時(shí)間利用率等條件的約束和限制。167。圖41 上變頻方案框圖167。圖42 TMS320VC5409內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖1. 中央處理單元（CPU）2. 存儲(chǔ)器TMS320VC5409提供了可擴(kuò)展的片內(nèi)字的雙訪問隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）以及字的只讀存儲(chǔ)器（ROM）。復(fù)位后，這些向量可以被重新映射到程序空間中任何一個(gè)128字頁(yè)的開頭。3. 片內(nèi)外設(shè) C5409通過訪問存儲(chǔ)器映射控制和數(shù)據(jù)寄存器來操作控制外設(shè)。3） 時(shí)鐘發(fā)生器它為DSP提供時(shí)鐘信號(hào)，可以由以下兩種方法實(shí)現(xiàn)：l 使用具有內(nèi)部振蕩電路的晶體振蕩器，晶體振蕩器電路連接到C54x DSP的X1和X2/CLKIN引腳，如圖44(a)所示。6） 串行接口C5409提供3個(gè)高速、全雙工多通道緩沖串行接口（McBSP），在后面的章節(jié)將對(duì)該接口進(jìn)行詳細(xì)分析。根據(jù)芯片自身內(nèi)插因子、工作頻率等參數(shù)，結(jié)合實(shí)際的需要，最終選擇 AD9857。 基于以上的分析，在本文的上變頻方案中選擇AD9857的正交調(diào)制變頻率模式。l 芯片的容量，C5409的程序存儲(chǔ)器最大可擴(kuò)展至8M，一般的存儲(chǔ)器芯片都能滿足。AM29LV160有或的容量，由引腳決定讀寫位數(shù)[30]。167。為了使系統(tǒng)具有可編程性，組合邏輯譯碼由EPM7128來完成。譯碼連接如圖48所示。為前一時(shí)刻的數(shù)據(jù)有效時(shí)間，最大為。時(shí)序如圖411所示：圖411 AD9857并口寫時(shí)序AD9857