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高速任意波形产生器的研究与软件开发

作　者: 王磊
导　师: 吕幼新
学　校: 电子科技大学
专　业: 信息获取与探测技术
关键词: 高速任意波形产生器 SOPC 直接数字波形合成技术(DDWS) 线性调频信号数控振荡器(NCO)
分类号: TN741
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电子技术的不断发展,雷达所面临的电子对抗环境愈发激烈。为了获得强的抗干扰和生存能力,使用数字方式来合成雷达波形显得尤为重要,数字方式合成的波形具有严格的相干性、可重复性、稳定性高和可编程的优点,并能实现波形参数捷变及产生任意波形,因此对雷达波形数字产生技术的深入研究具有十分重要的现实意义。本文围绕某高速任意波形产生器的研制,运用目前比较先进的SOPC技术和直接数字频率合成技术(DDS)完成了该波形产生器软件部分的设计开发。针对该波形产生器高速率的特点,采用了非易失性存储器FLASH结合高速缓存SDRAM以及高速DAC的硬件结构来实现。同时根据系统设计要求,该波形产生器不仅能输出多种NLFM、单载频脉冲压缩信号及其它任意波形,还需具有产生一定频带和脉宽范围内,任意带宽、任意中频、任意脉宽的线性调频信号(LFM)的功能,因此本文在进行软件和逻辑设计时运用了以下几种技术方法来满足上述要求。首先根据系统硬件结构采用了基于直接数字波形合成技术(DDWS)+高速DAC的设计方案来实现任意波形的产生,并完成了逻辑设计与软件仿真;其次针对线性调频信号参数任意可变的特点,以及出于系统存储容量的考虑,采用了在该硬件平台上直接利用FPGA内部数控振荡器(NCO)资源来实时计算产生线性调频信号的技术方法,并完成了逻辑开发和软件仿真;同时基于SOPC系统在软件处理上很好的灵活性,设计中利用了SOPC来完成波形产生器与PC机之间的数据通信、各种波形参数的解算以及对各种波形产生的控制切换。在完成了上述研究工作之后,进行了系统的软硬件联调测试与分析,结果表明该系统完全达到了项目设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题背景与研究意义  10-11
  1.2 信号产生器概述  11
  1.3 国内外研究和发展现状  11-12
  1.4 本文完成的主要工作  12-13
  1.5 论文结构安排  13-14
第二章雷达信号基本理论  14-26
  2.1 雷达信号的研究内容  14-15
  2.2 信号检测与匹配滤波  15-17
  2.3 频率合成技术的发展  17-20
  2.4 线性调频信号分析与设计  20-25
    2.4.1 线性调频信号的时域分析  21-23
    2.4.2 线性调频信号的频谱分析  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章高速信号产生器的方案设计  26-32
  3.1 系统设计要求  26
  3.2 系统硬件架构  26-27
  3.3 系统组成模块介绍  27-29
    3.3.1 核心控制模块  27-28
    3.3.2 外围存储器模块  28
    3.3.3 高速 DAC 模块  28-29
  3.4 软件方案设计  29-31
    3.4.1 软件开发环境  29-30
    3.4.2 软件方案选取  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章基于 DDWS 的任意波形的产生  32-55
  4.1 DDWS 的工作原理  32
  4.2 系统设计框图及工作流程  32-34
  4.3 FLASH 中波形数据的下载  34-38
    4.3.1 FLASH 简介  34-36
    4.3.2 波形数据的处理与烧写流程  36-38
  4.4 高速缓存的读写时序控制  38-49
    4.4.1 DDR2 SDRAM 简介  38-40
    4.4.2 控制的实现与关键点  40-42
    4.4.3 高速缓存的初始化  42-44
    4.4.4 高速缓存的写数据处理  44-46
    4.4.5 高速缓存的读数据处理  46-49
  4.5 波形数据转换与高速差分输出  49-54
    4.5.1 波形数据的分流与位截断  49-50
    4.5.2 波形数据的高速差分输出  50-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章基于多路 NCO 的线性调频信号的产生  55-72
  5.1 DDFS 的工作原理  55-57
  5.2 多路NCO 的设计与实现框图  57-59
  5.3 多路NCO 的相位关系  59-62
  5.4 NCO 精度的选取  62-64
  5.5 FPGA 内部设计与实现  64-70
    5.5.1 SOPC 系统的搭建与主要功能  64-65
    5.5.2 NCO 模块  65
    5.5.3 频率控制模块  65-66
    5.5.4 相位控制模块  66-68
    5.5.5 数据格式转换与并串转换输出  68-69
    5.5.6 基于 DDFS 的工作流程图  69-70
  5.6 系统整体架构与资源消耗情况  70-71
  5.7 本章小结  71-72
第六章系统测试结果与分析  72-81
  6.1 系统测试框图  72-73
  6.2 系统测试结果  73-80
    6.2.1 时域和频域测试结果  73-77
    6.2.2 脉冲压缩处理及分析  77-80
  6.3 本章小结  80-81
结束语  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-85
在校期间取得的研究成果  85-86
个人简介  86-87

高速任意波形产生器的研究与软件开发

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