基于FPGA的多辐射源宽带雷达系带信号产生方法研究

基于FPGA的多辐射源宽带雷达系带信号产生方法研究

李俊杰 石佳 许颖

武汉滨湖电子有限责任公司

摘要：本文研究基于FPGA的多辐射源宽带雷达信号产生方法。首先配置FPGA，生成脉冲描述字序列确保信号正确性。其次，利用DDS技术灵活生成宽带雷达信号。最后，通过DA输出模块将信号准确传输至雷达系统。本研究构建了一个高效、灵活的多辐射源宽带雷达信号产生系统，为宽带雷达系统的研究和应用提供了有效支持。

关键词：FPGA；多辐射源；宽带雷达

前言：随着雷达技术的不断发展和应用领域的扩展，对雷达系统的性能要求也越来越高。特别是在军事、航空、交通等领域，雷达系统需要具备实时性、可靠性、高精度以及多功能性等特点。为了满足这些要求，雷达系统的设计和实现需要采用先进的技术和方法。

1FPGA配置与参数设置

在雷达系统中，FPGA（现场可编程门阵列）发挥着至关重要的角色，尤其是在实现复杂信号处理和快速响应方面。主控计算机是系统的核心控制单元，负责管理和调度整个雷达系统的运行。当系统需要调整或更新雷达参数时，主控计算机会将这些参数进行打包，并通过专用的通信接口下载到FPGA中[1]。

FPGA接收到这些参数后，其内部的硬件逻辑会立即开始工作，对下载的参数包进行解析。这个过程不仅要求FPGA具有高效的数据处理能力，还要求其能够准确无误地识别并解析出各个参数的具体数值和配置要求。一旦参数解析完成，FPGA就会根据这些参数设置，准备产生相应的雷达基带信号。这些信号是雷达系统发射和接收的核心，它们的质量直接影响到雷达的探测性能和距离分辨率。

因此，FPGA的配置与参数设置是雷达系统中一个极其关键的环节。它不仅要求主控计算机与FPGA之间的通信高效可靠，还要求FPGA能够快速地解析和响应这些参数变化，确保雷达系统始终能够运行在最佳状态。

2脉冲描述字序列的生成

在雷达系统的运行过程中，脉冲描述字序列的生成是一个至关重要的环节。FPGA，作为雷达系统中的核心处理单元，根据先前解析的信号参数，负责生成这些精确的脉冲描述字序列。这些序列包含了雷达信号的各种关键信息，如频率、相位、脉冲宽度和重复频率等，它们共同定义了雷达基带信号的特征[2]。

FPGA利用内部高效的计算资源和灵活的编程逻辑，快速且准确地生成脉冲描述字序列。这些序列通过专门的接口被传输到数字频率合成器（DDS）中。DDS是雷达系统中用于产生高精度频率信号的关键设备，它根据接收到的脉冲描述字序列，精确地控制输出信号的频率和相位，从而生成符合要求的雷达基带信号。因此，脉冲描述字序列的生成是连接FPGA与DDS的桥梁，它确保了雷达系统能够根据实际需求快速、准确地调整信号参数，从而实现对目标的精确探测和跟踪。这一环节的高效性和准确性对于整个雷达系统的性能至关重要。

3DDS控制

DDS（数字频率合成器）是雷达系统中不可或缺的核心组件，尤其在生成宽带雷达信号方面发挥着至关重要的作用。DDS以其高精度、快速响应和灵活可调的特性，成为现代雷达系统中信号产生的重要工具。

在雷达系统的运行中，FPGA作为控制中心，负责解析信号参数并生成脉冲描述字序列。这些序列不仅包含了信号的频率、相位等关键信息，还详细定义了DDS的工作状态。FPGA通过专门的接口将这些序列传输给DDS，DDS则根据这些序列的指令，精确地调整其内部的工作参数。DDS接收到脉冲描述字序列后，会迅速解析出所需的频率、相位等参数，并通过其内部的数字信号处理技术，生成高质量的宽带雷达信号。这种信号具有带宽宽、频率精度高、相位稳定等优点，能够满足雷达系统对信号的各种需求。

因此，FPGA输出的脉冲描述字序列对DDS的控制是雷达系统中一个关键的环节。它确保了DDS能够准确地根据雷达系统的需求产生所需的宽带雷达信号，为雷达系统的正常运行提供了坚实的保障。

4DA输出

在雷达系统中，数字到模拟转换器（DA）扮演着将生成的雷达基带信号从数字域转换到模拟域的关键角色。DDS根据FPGA输出的脉冲描述字序列生成了精确的雷达基带数字信号后，这些信号需要进一步被转换为模拟信号，以便在雷达系统中进行传输和处理。

DA转换器是实现这一转换过程的核心设备。它接收DDS产生的数字基带信号，利用内部的数字解码和模拟重构技术，将这些数字信号转换为连续的模拟波形。这个过程要求DA转换器具备高精度、低噪声和快速响应等特性，以确保转换后的模拟信号能够准确地反映原始数字信号的特征。

通过DA转换器的处理，原本的数字雷达基带信号变为了可在雷达系统中直接使用的模拟信号。这些模拟信号不仅具有与数字信号相同的频率、相位和波形特征，而且更加适合在雷达硬件中进行传输和处理。因此，DA转换器在雷达系统中起到了桥梁的作用，将数字信号与模拟信号紧密地联系在一起，为雷达系统的正常运行提供了重要的支撑。

5灵活配置与模拟

在雷达系统的设计和测试过程中，FPGA（现场可编程门阵列）的灵活配置能力扮演着至关重要的角色。这种能力能够模拟出复杂多变的多部雷达基带信号，为雷达系统的性能测试和验证提供了极大的便利。通过精确调整FPGA的各项参数，能够模拟出不受雷达体制限制的、多样化的基带信号，这些信号可以精确模拟各种雷达环境，从而确保雷达系统在各种复杂环境下的稳定性和可靠性。

这种灵活配置的方法不仅提高了雷达系统的适应性，还使其能够迅速应对雷达技术的不断更新和变化。当新的雷达体制出现时，只需对FPGA的相关参数进行重新配置，即可快速生成所需的基带信号，无需对整个雷达系统进行大规模的改动。这不仅大大节省了研发时间和成本，还提高了系统的可扩展性和可维护性。因此，FPGA的灵活配置能力在雷达系统设计和测试过程中具有不可替代的重要价值。

结论：展望未来，随着更多新技术的涌现和融合，雷达系统的性能将得到进一步提升。我们将继续深入探索FPGA等先进技术在雷达系统中的应用，不断推动雷达技术的发展和创新，以满足更广泛、更复杂的应用需求。

参考文献：

[1]委鹏超. 宽带雷达信号距离成像干扰技术研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2023.

[2]宁丽娟. 基于FPGA的多辐射源宽带雷达基带信号产生方法 [J]. 产业创新研究, 2022, (16): 137-139.