基于SDR的宽带雷达发射机技术研究

摘要

随着当今战场电磁环境复杂性的日益提高，电子战系统常常要求发射机系统能同时发射多个多种参数、软件可配置的信号并具发射备宽带信号能力。如雷达侦察系统中为验证某信号识别系统功能需进行模拟复杂电磁环境试验，或在干扰机系统中通过多个干扰信号合成对多部雷达设备进行干扰。基于以上应用背景需求本课题对基于软件无线电技术(Software Defined Radio，SDR)的宽带信道化雷达发射机技术进行研究。 本文首先介绍软件无线电宽带信道化发射机涉及的相关理论。针对复信号输出和实信号输出的信道化发射机结构进行理论推导，并利用多相分解原理推导出不同信道划分排布的多相结构信道化发射机结构模型。针对信道化发射机中可能存在的功率峰均比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)过大问题进行研究，可得峰均比受信道化数目影响。研究限幅法对峰均比进行抑制，限幅法能有效地降低峰均比，但同时也会带来频谱失真。 其次，针对多相结构信道化发射机系统中由于其中滤波器组过渡带问题带来的系统频谱利用率低，硬件实现复杂度高等问题，本文应用频率响应屏蔽技术(Frequency Response Masking，FRM)对其进行改善优化。为满足信道划分要求，本文推导了复指数调制FRM滤波器设计方法，然后推导了基于复指数调制FRM的实信号输出的信道化发射机结构，并给出了两种不同的结构模型。仿真验证了发射机结构的正确性，证明该方法能有效地降低计算量。并将推导的结构与其他信道化发射机结构进行对比分析，综合比较了各结构模型的计算量及系统延时等指标，分析得出本文推导的两种结构各有优缺点及各自适用场合。 最后，本文采用了现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA）对发射机系统进行实现。通过直接数字式频率合成(Direct Digital Synthesy,DDS)设计了一种参数可配置的线性调频(Linear Frequency-Modulated，LFM)信号产生系统，并利用多相分解的方法实现了多路DDS宽带LFM信号产生系统。最后通过System Generator工具完成了多相结构信道化发射机与基于复指数调制FRM的信道化发射机结构的FPGA设计实现。并仔细分析对比了两种结构的资源消耗占比情况，从硬件实现角度证明实信号输出复指数调制FRM的信道化发射机结构能降低硬件乘法器资源消耗需求。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状及发展

1．2．1宽带发射机技术发展及现状

1．2．2数字信道化技术发展及现状

1．3论文主要研究内容及工作安排

第2章软件无线电宽带发射机相关理论

2．1 信号采样基本理论

2．1．1低通采样定理

2．1．2带通采样定理

2．2 DDS信号合成技术

2．2．1 DDS技术基本原理

2．2．2 DDS技术合成LFM信号

2．3 多速率信号处理

2．3．1整数倍插值

2．3．2整数倍插值中采样率变换性质

2．3．3多相滤波实现结构

2．4本章小结

第3章数字宽带信道化发射机及其功率控制问题

3．1 数字信道化发射机结构推导

3．1．1 复信号输出的多相滤波信道化发射机结构

3．1．2实信号输出的多相滤波信道化发射机结构

3．2数字信道化发射机结构仿真

3．2．1多信号合成发射

3．2．2宽带LFM信号合成

3．3 数字信道化发射机功率控制问题

3．3．1宽带信道化发射机峰均比

3．3．2宽带信道化发射机峰均比控制方法

3．4 本章小结

第4章窄过渡带的信道化发射机结构

4．1 频率响应屏蔽技术

4．1．1基本FRM原理

4．1．2复指数调制的FRM滤波器

4．1．3 FRM滤波器计算量分析

4．2 基于复指数调制FRM的信道化发射机结构

4．3 窄过渡带的信道化发射机仿真

4．3．1 复指数调制FRM滤波器合成仿真

4．3．2基于复指数调制FRM的信道化发射机仿真

4．4 本章小结

第5章软件无线电信道化发射机设计与实现

5．1 系统基本结构组成

5．2 DDS产生LFM信号

5．2．1 LFM信号的FPGA实现

5．2．2基于多相分解的宽带LFM信号产生

5．3 基于System Generator的信道化发射机的设计与实现

5．3．1 基于System Generator多相滤波信道化发射机

5．3．2基于System Generator复指数调制FRM信道化发射机

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢