【正文】 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。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。由于目前DSP器件規(guī)模和速度的限制，利用DSP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。 硬件電路模塊設(shè)計(jì) 35 電源模塊設(shè)計(jì) 35 C5409片外存儲(chǔ)器配置 36 C5409與AD9857接口分析 36167。 167。這樣，應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的雷達(dá)就具有很好的互通性、靈活性和兼容性，使系統(tǒng)互聯(lián)和升級(jí)變得非常方便，因而也具有很好的可靠性；抗干擾性、抗摧毀性、保密性和安全性。DSP芯片擅長(zhǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，但在智能控制方面有所欠缺。而對(duì)于DAC來說，軟件無線電要求DAC擁有高的轉(zhuǎn)換速率和分辨率，但是同時(shí)這兩個(gè)指標(biāo)是不太容易實(shí)現(xiàn)的。從硬件電路的總體框架入手，參照第三章中設(shè)計(jì)的波形參數(shù)分析比較的同類芯片，確定本方案中選擇的具體芯片類型；將電路系統(tǒng)模塊化，逐一說明每一模塊如何構(gòu)建，以及電路印制板設(shè)計(jì)中需要注意的地方。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。圖23 抽取前后信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)示意圖（混疊）由此可見，為了保證抽取后的信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊，在抽取之前需要加一個(gè)帶寬為的抗混疊低通濾波器，如圖24所示。從半帶濾波器的頻率響應(yīng)中可得到以下關(guān)系式： . (28)沖激響應(yīng)的值在除零點(diǎn)以外的其它偶數(shù)點(diǎn)處均為零，用它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率抽取或內(nèi)插時(shí)，卷積運(yùn)算中的乘法次數(shù)可減少一半，故它特別適合于進(jìn)行倍抽取或內(nèi)插的應(yīng)用場(chǎng)合。而模擬域正交混頻方法需要用移相器產(chǎn)生相互正交的本振信號(hào)，而移相器的精度很難做的很高，這樣兩個(gè)本振信號(hào)的相位差就不是準(zhǔn)確的，混頻后便會(huì)產(chǎn)生多余的混頻分量，形成虛假相位信號(hào)，這是正交混頻產(chǎn)生相位不平衡現(xiàn)象的根本原因。綜合這幾個(gè)方面的要求可見，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)必須具有較大的時(shí)寬、帶寬和能量乘積，才能滿足海洋大面積探測(cè)的需求。將每個(gè)距離譜作為一行，則連續(xù)個(gè)距離譜可構(gòu)成一個(gè)的矩陣：. 若目標(biāo)存在速度時(shí)，距離譜必然存在變化，則第次掃頻時(shí)目標(biāo)距離為：此時(shí)基帶信號(hào)相位為： ， (39)當(dāng)時(shí)。常用加權(quán)窗函數(shù)對(duì)距離旁瓣進(jìn)行抑制，經(jīng)過窗函數(shù)加權(quán)后，旁瓣有了明顯的降低，但同時(shí)主瓣變寬，距離分辨率有所降低。這里取，p=260，n=4，則脈沖周期q為： ，滿足條件。從性價(jià)比角度考慮，選擇TI公司的TMS320VC5409作為整個(gè)數(shù)字上變頻方案的核心芯片。圖43 片內(nèi)ROM程序存儲(chǔ)器映射（高字地址）2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器TMS320VC5409的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以駐留在片內(nèi)或片外，處理器可以根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址產(chǎn)生器產(chǎn)生的地址自動(dòng)地在片內(nèi)或片外進(jìn)行尋址。直接將外部時(shí)鐘信號(hào)接到X2/CLKIN，X1引腳懸空，內(nèi)部振蕩器無效，如圖44(b)所示。1. AD9857內(nèi)部結(jié)構(gòu)AD9857內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖45所示，主要包括輸入數(shù)據(jù)分離器、CIC與反CIC濾波器、固定插值濾波器、正交調(diào)制器、DDS核心、反SINC濾波器、輸出幅度調(diào)制器、14位的DAC[26,27,28]。這一點(diǎn)也直接影響片內(nèi)外數(shù)據(jù)交換，如果接口過于復(fù)雜，即使存儲(chǔ)器擁有較快的讀寫速度，也內(nèi)耗在接口電路中，使得系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。1. 電源模塊：供電，由多塊電平轉(zhuǎn)換芯片來完成上變頻系統(tǒng)中的電源配置；2. C5409與片外RAM、ROM接口：EPM7128完成譯碼控制；3. C5409與AD9857接口：串口配置AD9857的工作方式，并口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其串口引腳主要有片選通、串口時(shí)鐘信號(hào)SCLK由外部輸入、串口同步信號(hào)SYNCIO、串口輸入/輸出信號(hào)SDIO由00h寄存器的第7位配置成單工或雙工方式、串口輸出信號(hào)SDO[26,27,28]。在正交調(diào)制模式下，PDCLK輸出并口同步時(shí)鐘，其頻率有內(nèi)插因子和SYSCLK決定，為。因此在分配片外存儲(chǔ)器時(shí)，優(yōu)先把速度快的RAM：CY7C1041安排給程序存儲(chǔ)器和一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，作為程序運(yùn)行的空間；而FLASH：AM29LV160則作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放相對(duì)固定的數(shù)據(jù)。利用C5409和AD9857內(nèi)部的時(shí)鐘倍頻電路，可以降低外部輸入時(shí)鐘的頻率。在選擇片外存儲(chǔ)器時(shí)，需要考慮以下三點(diǎn)：l 芯片讀寫速度，也可以表征刷新時(shí)間。 數(shù)字上變頻器AD9857除了DSP芯片外，整個(gè)數(shù)字上變頻系統(tǒng)最重要的就是數(shù)字上變頻器了，作為整個(gè)系統(tǒng)的終端輸出，數(shù)字上變頻器承擔(dān)了很大的數(shù)字內(nèi)插運(yùn)算量，可以說數(shù)字上變頻器的選擇直接影響整個(gè)系統(tǒng)的好壞。片內(nèi)定時(shí)器可以用于周期地產(chǎn)生中斷。C5409還提供6條特別指令用于尋址擴(kuò)展程序空間。除了本文中采用的調(diào)頻信號(hào)外，還可以嘗試各種其它調(diào)制方式。167。3. 脈沖壓縮比，調(diào)整或可以很容易到達(dá)，如OSMAR2000雷達(dá)，脈沖壓縮比為.4. 距離旁瓣為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析，發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)的復(fù)包絡(luò)可表示為：同理，接收信號(hào)具有如下形式：其中為多普勒頻移，匹配濾波器的輸出信號(hào)可表示為： . (313)當(dāng)時(shí)，輸出脈沖的包絡(luò)近似為。 圖32 接收信號(hào)處理流程基帶信號(hào)表達(dá)式為： . (35)由式35可以看出，在不考慮噪聲的情況下，基帶信號(hào)應(yīng)為一個(gè)近似的余弦信號(hào)，實(shí)際上雷達(dá)接收到的信號(hào)除了含有目標(biāo)信息之外還有來自海雜波、電離層、雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響，圖33所示為加入了噪聲的基帶信號(hào)。第三章 線性調(diào)頻中斷連續(xù)波體制分析雷達(dá)波形參數(shù)指雷達(dá)信號(hào)的幅度、頻率和相位以及電波的極化特性等，目標(biāo)通過與波的相互作用改變?nèi)肷潆姴ǖ牟ㄐ螀?shù)，將信息由回波傳遞給雷達(dá)，對(duì)比發(fā)射和接收波形參數(shù)就能獲得目標(biāo)傳遞給電波的所有信息。當(dāng)絕對(duì)信號(hào)帶寬較寬時(shí)，選擇的比例因子不能太大，否則不能保證信號(hào)完全落在主瓣內(nèi)而不被濾除。通過抽樣率的整數(shù)倍降低、增加以及有理分?jǐn)?shù)倍變換，線性周期時(shí)變系統(tǒng)復(fù)雜性可顯著減小。從式25可以看出，是先將擴(kuò)展倍，幅度變?yōu)樵瓉淼?在分別以、…，移位疊加得到。下面將分章節(jié)一一說明。第三章 線性調(diào)頻中斷連續(xù)波體制分析。目前單片的DUC和DDC集成了頻率變換、數(shù)據(jù)率變換、數(shù)字濾波、增益控制、重采樣、數(shù)模轉(zhuǎn)換等一系列功能。高頻地波海洋監(jiān)測(cè)雷達(dá)的系統(tǒng)總線的選擇從VME到VXI再到如今的LXI，總線性能不斷優(yōu)化，可靠性和數(shù)據(jù)傳輸率也不斷提高。3. 利于互換：不同的通信系統(tǒng)都基于相同標(biāo)準(zhǔn)的硬件平臺(tái),只要加載相應(yīng)的軟件就可完成不同的電臺(tái)與不同系統(tǒng)之間的互聯(lián)。2001～2003年，結(jié)合當(dāng)前最新集成電路技術(shù)和新興的軟件無線電技術(shù)，對(duì)OSMAR2000的接收系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，取名OSMAR2003，新的雷達(dá)系統(tǒng)集成度更高，靈活性更強(qiáng)，可操作性更好。 調(diào)頻中斷連續(xù)波體制性能分析 22167?；谲浖o線電思想的高頻雷達(dá)通用硬件平臺(tái)，其開放性、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和可編程的特性，為未來高頻地波雷達(dá)的發(fā)展提供了可能。分類號(hào) 密 級(jí) U D C 編 號(hào) 1 0 4 8 6武 漢 大 學(xué)碩 士 學(xué) 位 論 文基于DSP和AD9857的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì) IThe Design of Digital Frequency Upconvert based Digital Signal Processor BYZhang Ying鄭 重 聲 明本人的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫并完成的，學(xué)位論文沒有剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和侵權(quán)行為，本人愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果，特此鄭重聲明。數(shù)字信號(hào)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(tái)的關(guān)鍵技術(shù)。 雷達(dá)基本參數(shù)設(shè)計(jì) 25第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 27167。設(shè)計(jì)雷達(dá)系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法是根據(jù)探測(cè)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(duì)不同屬性的目標(biāo)進(jìn)行智能化跟蹤探測(cè)的需要，若探測(cè)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。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(cè)與自適應(yīng)選擇、信號(hào)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。l 高速數(shù)字信號(hào)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(tái)及DSP軟件來實(shí)現(xiàn)。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(hào)；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。針對(duì)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(cè)速、測(cè)距原理并進(jìn)行matlab仿真。167。抽取后序列的頻譜不是以為周期，疊加的結(jié)果卻是以為周期的，這是由序列傅立葉變換的性質(zhì)決定的。167。167。因此，雷達(dá)波形參數(shù)在很大程度上決定了雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)的能力。為了便于顯示，在圖32所示的回波信號(hào)處加入高斯噪聲，調(diào)整信噪比為，并在A/D轉(zhuǎn)換后做了抽取處理。若以主瓣歸一化，則旁瓣的幅度近似有關(guān)系，其中第一旁瓣電平最大可達(dá)，約為主瓣的21%（），如圖35所示。 雷達(dá)基本參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：l 雷達(dá)發(fā)射采用FMICW體制；l 中頻信號(hào)：；l 距離分辨率：；基于前面關(guān)于FMICW的分析，根據(jù)發(fā)射通道數(shù)字上變頻總體規(guī)劃[2,3]，可得：掃頻帶寬：；取雷達(dá)工作頻率，在深水條件和飽和海態(tài)下， Bragg散射頻率為： 為了不產(chǎn)生多普勒頻譜混迭,根據(jù)采樣定理，采樣頻率需滿足：則采樣周期。雷達(dá)發(fā)射通道數(shù)字上變頻方案具體如圖41所示。當(dāng)DSP復(fù)位時(shí)，復(fù)位和中斷向量都映射到起始地址FF80H的第128頁的程序空間首地址。定時(shí)器最高分辨率為處理器地CPU時(shí)鐘速度。比較有代表性的數(shù)字上變頻器有AD公司的AD985AD9857和Harris公司的HSP50215以及Gray公司的四路發(fā)射芯片GC4114?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，要求片內(nèi)外數(shù)據(jù)交換的速度盡可能快，這一點(diǎn)首當(dāng)其沖。若要減小誤差，時(shí)鐘應(yīng)盡量靠近芯片，因此使用兩個(gè)的有源晶振，C5409不用倍頻，而AD9857倍頻數(shù)為4，工作頻率為。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完畢后，可以將程序?qū)懭隖LASH中，通過自舉加載實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行。TxENABLE的上升沿用以外部設(shè)備和芯片同步，高電平有效[26,27,28]。圖48 譯碼連接圖 C5409與AD9857接口分析1. AD9857串口分析AD9857串口是一種SPI接口（串行外設(shè)接口），能和多種微處理器、微控制器連接，能和大部分同步傳輸模式兼容。 硬件電路模塊設(shè)計(jì)為了便于硬件設(shè)計(jì)，將整個(gè)硬件平臺(tái)分為大致分為三個(gè)部分。l 芯片與DSP接口的復(fù)雜度。另外AD9857集成了14位高性能的DAC，AD公司稱之為完整的“DDS”方案，可以提高雷達(dá)系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定度[6]。l 使用外部時(shí)鐘。片內(nèi)高2K字ROM中的內(nèi)容是由TI公司定義的，如圖43所示。 芯片選型隨著數(shù)字技術(shù)，大規(guī)模和超大規(guī)模電路以及微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字芯片的種類更多，集成度更高，性能也更加穩(wěn)定。采樣周期這里等價(jià)于幀周期，于是，掃頻周期，其中一般n取3～5，以適應(yīng)同步控制電路器件的時(shí)