微波遥感DDS雷达信号发生器的设计与实现

摘要

微波遥感技术是在20世纪60年代最早发展起来的一种遥感探测技术。微波遥感的主动方式，即微波雷达遥感，目前在农业、测绘、海岸带和海洋、森林、水文地质、土地利用和海冰调查方面有着广泛的应用。而且，近年来，在生命信号探测和早期肿瘤检测方面，微波雷达遥感也显示了巨大的应用前景。针对不同的应用，微波遥感雷达对信号源有着不同的要求，尤其是信号的波形、工作频率和带宽等参数，更是对探测效果起着关键作用。因此设计和实现一个适合微波遥感雷达使用的信号发生器有着很大的现实意义。 DDS技术具有频率和相位分辨率精确、输出相对带宽很宽、频率转换时间短、频率捷变时相位连续性好、可输出任意波形以及可以对信号进行数字调制等优点，很适合微波遥感雷达对信号源的要求。 本文采用了DDS方法产生基带信号，用正交调制器对其上变频，得到射频雷达信号。基带信号产生电路中采用FPGA作为主控制器，SDRAM为高速波形存储器，高性能DAC作数模转换，可以产生最高频率为60MHZ的基带信号和带宽高达120MHZ的线性调频信号。 但是由于采用了全数字的结构，DDS方法在噪声和杂散抑制方面也有其固有的缺点。为了改善输出信号的频谱纯度，本文采用了两种方法，一是用低通滤波器改善信噪比，二是用预失真补偿改善带内增益平坦度。最后的射频输出最高信噪比可达45～50dB，带内增益平坦度达到0.2dB以内。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1微波遥感技术简介

1.2雷达信号分类及常用雷达波形介绍

1.2.1雷达信号分类

1.2.2单载频矩形脉冲信号

1.2.3 Ⅴ—调频(非线性调频)脉冲压缩信号

1.2.4线性调频矩形脉冲信号

1.2.5均匀间距相参脉冲串信号

1.3现代雷达信号发生器常用设计方法简介

1.4本文主要工作与章节安排

第二章微波遥感DDS雷达信号发生器的整体方案设计

2.1微波遥感雷达信号发生器设计目标

2.2 DDS技术原理与特点

2.2.1 Nyquist采样定理

2.2.2 DDS技术原理

2.3 DDS技术合成波形的频谱分析

2.3.1理想参数输出信号频谱分析

2.3.2实际参数输出信号频谱分析

2.4系统整体方案设计

2.4.1 DDS方法的两种方案

2.4.2波形存储器的类型选择

2.4.3控制器的类型选择

2.4.4 PC接口的选择

2.4.5混频器的类型选择

2.4.6系统方案总结

第三章系统硬件设计与实现

3.1硬件电路设计

3.1.1芯片选型

3.1.2硬件框图

3.2重点电路模块设计

3.2.1 FPGA硬件电路设计

3.2.2混频器电路模块设计

3.3硬件电路实现

第四章系统软件设计与实现

4.1 FPGA固件设计与实现

4.1.1 FPGA外部接口设计

4.1.2 SDRAM读写控制要点

4.1.3 DataFlash读写控制要点

4.1.4模块分割简介

4.2上位机软件设计

4.2.1软件功能定义及软件流程图

4.2.2波形库软件设计

4.2.3用计算机并口实现SPI接口

4.2.4波形下载软件介绍

第五章RF频谱性能提高

5.1仿真与实测频谱分析

5.1.1用Matlab仿真chirp信号频谱

5.1.2从频谱分析仪获取频谱数据

5.1.3对比仿真与实测信号的频谱质量

5.2低通滤波器设计

5.2.1低通滤波器的必要性

5.2.2低通滤波器设计方法

5.2.3低通滤波器效果测试

5.3预失真技术及其实现方法

5.3.1预失真技术简介

5.3.2预失真技术实现方法

5.3.3应用预失真技术前后性能对比

第六章性能测试

6.1测试仪器

6.2测试方法

6.3测试结果图表

第七章总结

参考文献

致谢