宽带数字T/R组件中数字下变频和数字延时的实现研究

论文摘要

宽带数字化阵列雷达就是采用宽带信号波形,并且发射和接收都是使用数字波束形成技术的全数字化阵列天线雷达,这是相控阵雷达发展的一个重要趋势。随着高速采样器件和高速数字信号处理器件的发展,宽带雷达信号的全数字处理完全成为了可能。而宽带数字T/R组件是研究宽带数字阵列雷达的一个非常重要的内容。传统的宽带数字阵雷达的波束形成技术会导致形成的天线波束指向不准与主瓣展宽,因此,需要采用时延单元来取代传统窄带相控阵中的移相单元。而分数时延滤波器能够完成宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,本文对分数时延滤波器做了详细的介绍。本文首先对带通采样定理,多速率采样,多相滤波等数字中频技术的原理模型作了详细的介绍,然后介绍了两种特殊的滤波器实现方法。接着,在参照国内外数字T/R组件技术的基础上,提出了一种宽带数字T/R组件方案,并对其工作原理作了详细的说明,并且对其硬件平台中主要器件的选型作了简单的介绍。然后,本文就详细讨论了宽带数字下变频和窄带数字下变频的Matlab仿真和FPGA实现,窄带的数字下变频结构采用的传统的NCO混频再抽取的结构,而宽带的数字下变频采用的是基于多相滤波的高效数字下变频结构,极大的节省了资源。并且经过验证,下变频结构完全正确。接下来介绍了数字延时的理论,提出了三种实现时延的方法,最后选用分数延时滤波器来实现时延,并且比较了三种不同的实现分数时延滤波器的方法,选用了基于Farrow结构的分数时延方法。最后在已有的硬件平台上,对各个模块进行了调试,测试结果表明各个模块能够正常工作并且达到指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外相关技术及发展动态
• 1.2.1 数字阵列雷达发展前景
• 1.2.2 宽带数字波束形成技术的发展现状
• 1.2.3 数字下变频技术的发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的主要内容及结构
• 第二章 数字T/R 组件总体设计
• 2.1 T/R 组件系统方案设计
• 2.1.1 宽带数字T/R 组件总体框图及工作流程
• 2.1.2 T/R 组件数字模块设计
• 2.2 数字模块主要器件选型
• 2.2.1 FPGA 的选型
• 2.2.2 A/D 转换器的选型
• 第三章 中频数字化理论基础
• 3.1 带通采样理论
• 3.2 多抽样变换的基本理论
• 3.2.1 整数倍抽取技术
• 3.2.2 多相滤波结构
• 3.3 抽取滤波器的设计
• 3.3.1 CIC 抽取滤波器
• 3.3.2 HB 滤波器
• 3.4 特殊的滤波器实现算法
• 3.4.1 DA 算法
• 3.4.2 SOPOT 算法
• 第四章 数字下变频系统的论证与实现
• 4.1 宽带下变频系统的论证与FPGA 实现
• 4.1.1 宽带下变频方案论证
• 4.1.2 宽带下变频方案实现
• 4.2 窄带下变频系统的论证与FPGA 实现
• 4.2.1 窄带下变频系统方案论证
• 4.2.2 窄带下变频方案实现
• 第五章 分数时延的理论分析与实现
• 5.1 基于移相波束形成与基于数字延时波束形成的性能比较
• 5.2 数字时延方案的比较
• 5.3 基于分数时延滤波器的数字波束形成结构
• 5.4 分数时延滤波器的原理
• 5.5 分数时延滤波器的设计方法
• 5.5.1 最大平坦准则逼近
• 5.5.2 加窗设计
• 5.5.3 Farrow 结构
• 5.5.4 Farrow 结构分数时延滤波器的实现
• 第六章 系统测试结果及分析
• 6.1 数字下变频系统的测试结果与分析
• 6.1.1 窄带数字下变频系统的测试结果与分析
• 6.1.2 宽带数字下变频系统的测试结果与分析
• 6.2 分数时延系统的测试结果与分析
• 6.3 调试现场照片
• 结果与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间研究成果