2017毕业论文-基于fpga的高速信号模拟发生器

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1、北京理工大学毕业设计（论文）1绪论1.1课题的研究背景和意义在雷达系统的开发和研制过程中，对雷达系统性能的调试和测试是其中一个重要环节。如果雷达的整机调试和性能鉴定都采用外场试飞，即用真实目标的飞行来给雷达提供测试信号，那么将耗费大量的人力、物力和财力，使研制周期加长，特别是对于机载和航天雷达尤其如此。此外，外场实验无法重现特定的场景，不满足某些调试的要求。因此，利用现代仿真技术产生逼真的雷达回波模拟信号是非常必要的，它对雷达技术的发展也具有极其重要的意义。雷达信号模拟是数字模拟技术与雷达技术相结合的产物，模拟的对象是雷达目标和环境，模拟的手段是利用数字计算机和相关设备以及数字信号处理技

2、术，模拟的方法是“复现”蕴含雷达目标和目标环境信息的雷达回波信号。目前宽带信号形式有好多种选择：冲激信号、短脉冲信号、线性调频信号（LFM）、步进频率信号和随机噪声信号等。目前在国内相对比较成熟的是冲激信号、线性调频信号；在国外步进频率信号也得到了充分的发展和应用。随着噪声雷达技术的成熟，超宽带噪声雷达已经在国内引起人们的关注。伴随着微电子技术的飞速发展，数字技术在雷达中获得了广泛的应用，如波束形成、数字频率合成、中频采样、数字接收机、雷达模拟以及雷达信号处理等等。由于数字系统比模拟系统采用了软件编程，使得产品灵活性高、对环境适应性强、性能更稳定，因此数字系统比模拟系统具有更高的综合性能

3、。现代雷达的研制和生产中，在缩短新型号研制周期，加速旧型号改进，提高产品质量和可靠性以及维护性方面、通用化、系列化、模块化具有重要的意义，越来越受到人们的重视。随着IC的发展，特别是大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）的迅速发展，以及专用集成电路（ASIC）和数字信号处理器（DSP）的广泛使用，使得数字技术在现代雷达中的地位显著提高。50北京理工大学毕业设计（论文）本课题研究的是雷达数字信号的合成，主要包括线性调频信号和高斯白噪声信号。数字信号合成的方法主要有存储法和直接数字合成法：波形存储法是预先将波形幅度存储起来，然后按照一定的时钟频率将存储的波形通过DAC变化成相

4、应的模拟信号输出。直接数字合成（DirectDigitalSynthesis,简称DDS）法则是从相位的概念出发，采用数字方法合成信号。目前在国外已经将直接数字频率合成作为频率合成的发展方向，成为研究热点。1.1有关领域的研究状况和发展动态在基于DDS技术的线性调频信号数字合成的应用方面，国内外都进行了比较多的研究，主要有两种技术方案。ü采用高性能DDS单片电路目前性能优良的DDS产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg和Stanford等公司单片电路（monolithic）。AD公司的DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。其中AD9954内置高速

5、、高性能D/A转换器及超高速比较器，可用为数字编程控制的频率合成器，能产生200MHz的模拟正弦波。通过AD9954的串行I/O口输入控制字可实现快速变频且具有良好的频率分辨率。ü自行设计的基于FPGA芯片的解决方案DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。可编程逻辑器件以其速度高、规模在、可编程，以及有强大EDA软件支持等特性，十分适合实现DDS技术。Xilinx是著名的PLD生产厂商，多年来一直占据着行业领先的地位。该公司目前公布了采用90nm设计工艺生产的最尖端FPGA芯片Virtex-4，它提供了无与伦比的性能和超低的功耗和成本。武汉华中科技大学以直接数字频率合成技术（DDS

6、）为基础，以单片机为控制核心，采用高速高精度脉内测频技术精确测量米波脉冲雷达的发射频率，该系统在国产某型雷达上已经成功使用，显著提高了该型雷达的技术、战术性能。50北京理工大学毕业设计（论文）1.1本设计的主要任务学习了VHDL语言的编程规范，熟悉了Xilinx公司最新高性能设计开发工具ISE（IntegratedSoftwareEnvironment）及第三方设计工具ModelSim。学习了直接数字合成原理，针对北京理工大学雷达研究所研制开发的PMC_2DAC_400M数据播放板的特点，设计了“基于FPGA的高速信号模拟发生器”的实施方案，产生了连续线性调频信号和调频脉冲串，并可通过上

7、位机进行参数预置和波形控制。在此基础上，研究了高斯白噪声信号的产生原理，实现了基于查找表的高斯白噪声信号并叠加到信号中去。1.2本文内容安排本论文介绍了线性调频高速信号模拟发生器的实现，论文共分五章：第1章，介绍了课题的研究背景和意义，本设计的主要任务，以及论文的内容安排。第2章，介绍了雷达回波信号模拟的原理，直接数字信号合成技术，线性调频信号和高斯白噪声信号的数字产生，以及FPGA的相关知识。第3章，阐述了基于FPGA的线性调频高