X波段雷达模拟器多模信号产生模块设计

论文摘要

随着现代雷达技术的飞速发展,雷达系统的结构越来越多样化、复杂化。雷达模拟器可以很好地为被测雷达提供模拟应用环境,将雷达调试过程置于控制之下,经济而准确地评估雷达的性能。因此现代雷达模拟器的发展越来越快,对其核心器件信号源的要求也逐步提高。在功能上,这类信号源要求能够产生多种调制模式的信号,包括各类型的调频、调幅、调相信号;在性能上,要求具有高频率、宽频带、小步进、捷变频、低杂散和低相噪等特点。目前,雷达模拟器的信号源采用的频率合成技术主要有锁相式频率合成（Phase-Locked loop,PLL）和直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis,DDS）两种方式。其中DDS技术是最新一代频率合成技术,与PLL相比,具有很多独特的优点。本课题选择直接数字频率合成技术（DDS）作为设计的基础。本文首先详细介绍了DDS的工作原理及其特点,然后详细分析了几种常用的基于DDS的混合频率合成方案的结构和优缺点,针对课题要求,对其进行了选取和改进,采用DDS+倍频+混频的方案,通过现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）的灵活控制,成功设计出一种X波段多模信号产生硬件电路。杂散小于-75dBc,相噪在频偏1KHz处优于-110dBc/Hz。最后通过硬件和软件的具体实现,达到了课题要求的调制模式多样（包括线性调频、非线性调频、调相）、参数可调、切换迅速等特点。本文采用的设计方法,也可以为设计其他模式的信号源提供一些参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 雷达模拟器概述
• 1.2 雷达信号波形产生技术的发展概况
• 1.3 频率合成技术简介
• 1.4 课题简介及意义
• 第二章 雷达信号模型与直接数字频率合成系统
• 2.1 雷达信号模型
• 2.1.1 线性调频脉冲信号
• 2.1.2 非线性调频脉冲信号
• 2.1.3 调相码
• 2.2 直接数字合成（DDS）
• 2.2.1 DDS 的工作原理
• 2.2.2 理想参数DDS 的频谱特性
• 2.2.3 实际DDS 的相噪及杂散情况
• 2.2.4 DDS 的特点
• 2.3 频综其它关键部件
• 2.3.1 锁相环
• 2.3.2 倍频器和分频器
• 2.3.3 混频器
• 2.4 基于DDS 的各种雷达信号波形产生技术
• 2.4.1 DDS+倍频扩展频带
• 2.4.2 DDS+混频扩展频带
• 2.4.3 DDS+PLL 扩展频带
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 系统指标要求
• 3.2 方案分析
• 3.3 多模信号产生模块中频部分方案分析
• 3.3.1 输入
• 3.3.2 输出
• 3.3.3 控制数据帧结构
• 3.4 多模信号产生模块具体方案设计及器件选择
• 3.4.2 DDS 器件的选择
• 3.4.3 控制器件的选择
• 第四章 系统的硬件及软件实现
• 4.1 系统具体设计方案
• 4.2 DDS 外围电路
• 4.2.2 DDS 系统时钟电路设计
• 4.2.3 DDS 输出电路设计
• 4.2.4 功率控制电路设计
• 4.3 FPGA 外围电路的设计
• 4.4 单元电路和印制板电路制作要点
• 4.5 控制软件的实现
• 4.5.1 控制字传输接口
• 4.5.2 DDS 寄存器的配置
• 第五章 系统调试及结果分析
• 5.1 系统结构与实物
• 5.2 系统调试
• 5.3 系统测试结果及数据分析
• 5.3.1 系统相噪杂散测试结果
• 5.3.2 系统输出结果
• 5.4 测试中出现的问题及改进
• 5.5 项目总结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果