射频带通采样雷达数字接收机的研究与设计

摘要

L波段航管一次雷达是确保民航班机飞行安全的重要空管设备，为其设计高性能的数字接收机是非常有意义的。由于受数字器件水平的限制，中频采样是目前雷达数字接收机的主流方案，但这种接收机需要使用模拟混频器，复杂的模拟前端限制了其性能。随着微电子技术的高速发展，射频带通采样结构已经可以应用于L波段航管雷达数字接收机。这种结构的接收机没有模拟混频环节，简单的射频前端使其拥有比中频采样数字接收机更高的可靠性和稳定性。
　　本文首先介绍了雷达数字接收机的相关理论，针对某L波段航管一次雷达信号带宽较窄，载频变化范围较大的特点，为其设计了射频带通采样的数字接收机方案，具体包括采样方案、正交变换方案、可控变频方案和抽取滤波方案，并对方案进行了相应的MATLAB仿真。然后在ALTERA公司的FPGA芯片EP4SGX230上实现了接收机数字前端，包含正交变换模块、可控变频模块和多级抽取滤波模块。本文对接收机的硬件设计和FPGA开发设计进行了研究，调试结果表明，系统方案切实可行，设计满足要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 数字接收机的发展和现状

1．3 本文的研究内容与结构安排

2 雷达数字接收机的相关理论

2．1 雷达接收机的重要性能指标

2．1．1 噪声系数与灵敏度

2．1．2 动态范围

2．1．3 正交鉴相的正交度

2．2 数字接收机基本理论

2．2．1 采样定理

2．2．2 正交变换

2．2．3 信号的整数倍抽取

2．2．4 高效数字抽取滤波器

3 射频带通采样雷达数字接收机的方案设计

3．1 接收机的要求

3．2 系统方案概述

3．3 采样方案的设计

3．3．1 采样方式的确定

3．3．2 采样频率的确定

3．3．3 采样频谱分析

3．4 数字前端方案的设计

3．4．1 数字正交变换及变频方案的设计

3．4．2 抽取方案及抽取滤波器的设计

4 接收机数字部分的硬件设计

4．1 硬件平台的整体结构

4．2 器件选择

4．2．1 ADC芯片

4．2．2 FPGA芯片

4．3 外围电路与接口

4．3．1 ADC芯片外围电路设计

4．3．2 FPGA与频率合成器的接口

4．3．3 ADC与FPGA的接口

4．4 电源设计

4．4．1 电源选取要求

4．4．2 电源电路设计

5 接收机数字前端功能的实现

5．1 FPGA开发流程

5．2 FPGA的总体设计

5．3 接收数据与奇偶分路的仿真

5．4 数字正交变换与可控变频的仿真

5．5 多级抽取滤波的仿真

5．5．1 带补偿的CIC抽取滤波器

5．5．2 HB抽取滤波器

5．5．3 整形FIR滤波器

5．5．4 级联抽取仿真

5．6 接收机数字前端的调试

6 总结与展望

致谢

参考文献