南理工电子信息工程综合实验实验报告.docx

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电子信息工程综合实验实验报告

电子信息工程综合实验

实验报告

题目：

电子信息工程综合实验实验报告

院系：

电子工程与光电技术学院

姓名（学号）：

指导教师：

实验日期：

2015年11月6号

目录

实验一正交调制器实验2

实验二正交相干检波器7

实验三匹配滤波器12

实验四动目标检测及相参积累17

实验五线性调频脉冲压缩29

实验总结35

实验一正交调制器实验

一、实验目的

1.掌握正交调制器的工作原理；

2.掌握正交调制器的电路组成。

二、实验仪器

信号源、示波器、直流稳压电源

三、实验原理

正交调制是一种特殊的复用技术，一般是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波，同时传送两路互相独立的信号的一种调制方式。

图一是具体的调制器功能框图。

图一正交调制器功能框图

如图一所示，两路互相正交的信号i（t）和q（t）分别调制角频率为Wc的互相正交的正弦波调制，调制后两路相加的波形为：

如果两路正交的信号i（t）和q（t）分别为线性调频脉冲信号的复包络的实部和虚部，即：

，

正交调制器的输出则为：

显然，正交调制器的输出为载频频率为Wc的线性调频脉冲信号。

四、实验电路

本实验装置主要由波形产生电路以及正交调制电路两个模块组成，硬件方面主要使用了单片机和FPGA两种可编程的器件联合实现的。

单片机处理开关扫描和显示电路，FPGA实现波形产生与输出选择，具有很大的灵活性和开放性，系统原理框图如图二所示。

图二正交调制器实验装置原理框图

本实验装置的单片机选用的是Atmel公司的单片机AT89C55WD,如图三单片机的数据地址复用口全部与FPGA相连，此外地址的高三位也与FPGA相连，这主要是为了让FPGA承担为单片机地址译码器选通外设的作用。

单片机的WR、RD和ALE也与FPGA相连，这是为了保证单片机与FPGA的通信时的时序问题。

单片机的IO口PI口全部接到开关上，使用独立式按键结构中的查询方式。

如图四所示，按键输入低电平有效，上拉电阻保证按键断开时，I/O口为高电平。

图三单片机与FPGA连接示意图图四单片机与开关连接示意图

本实验装置使用四只数码管作为显示，选用共阴电路。

因单片机的I/O口有限，故使用串行移位寄存器74HC595串行连接以控制显示器的显示输出。

在单片机只需要用三个I/O口分别于74HC595的14脚，11脚和12脚。

五、实验内容及步骤

1.实验装置的连接

2.Q9座“input”对应的“DDS信号产生器实验装置”输出频率设置为10MHz；

3.测量，记录并分析波形。

六、实验结果

1.DISP3=3，DISP2=2，此时观察的为10MHz中频参考本振信号，观察示波器输出，得到图形如下：

幅度平衡度为：

20lg（384/648）=-4.54dB

相位平衡度为：

|（26-24.5）/（26+24.5）|*90°=2.67°

2.DISP4=1，DISP3=1，DISP2=4，此时观察的为I&Q线性调频脉冲信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

3.DISP4=1，DISP3=5，DISP2=4，此时观察的为10MHz中频线性调频脉冲信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

4.DISP4=2，DISP3=4，DISP2=1，此时观察的为BPSK状态下I路和Q路视频信

号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

5.DISP4=2，DISP3=5，DISP2=1，此时观察的为BPSK信号调制后的中频信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

6.DISP4=3，DISP3=4，DISP2=1，此时观察的为Fd信号I路和Q路视频信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

7.DISP4=3，DISP3=5，DISP2=1，此时观察的为Fd信号调制后的中频信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

8.DISP4=4，DISP3=4，DISP2=1，此时观察的为PN信号I路和Q路视频信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

9.DISP4=4，DISP3=5，DISP2=1，此时观察的为PN信号调制后的中频信号波形。

观察示波器输出，得到图形如下：

实验分析：

从LFM、BPSK、Fd信号和PN四种信号被调制后的中频信号频谱图可以看出，它们的中心频率都为载波频率10MHz，随着信号类型的不同，有相应的频谱差别。

LFM信号频谱近似为一个矩形框；BPSK信号为SINC函数；Fd信号是冲激函数的展宽；PN信号在载频10MHz附近近似为恒定值，约偏离中心载波频率幅值变化越大。

Fd信号I通道和Q通道由于多普勒现象的存在出现了相位差，幅度也不相同，出现了幅相不平衡。

不仅是Fd信号，因为本实验的调制采用模拟电路实现，不可避免的将会出现I路和Q路信号幅值、相位的差别，引起幅相不平衡。

七、思考题

分析10MHz中频BPSK信号的频谱特性、性能衡量指标。

答：

频谱中心频率在10MHz，大包络呈SINC函数，零点在1/T处（T为脉冲宽度），在1/NT处（N为码元个数）也存在极窄的SINC函数，使得整个频谱呈现梳齿状。

其性能衡量指标，可用频谱宽度，主旁瓣比，梳齿间隔宽度衡量。

实验二正交相干检波器

一、实验目的

1.掌握正交相干检波的基本原理，实现方法和运用它检测信号（例如多普勒信号）。

2.掌握正交相干检波器幅度一致性和相位正交性（福祥不平衡）的测量方法。

二、实验仪器

信号源、示波器、直流稳压电源。

三、实验原理

在雷达信号处理中，由于信号与干扰混合波形的振幅和相位均含有信息，因此对信号最佳处理应在接收机的中频进行。

但是，对信号进行数字处理时，在中频进行采样时十分困难的。

由于中频本身并无目标信息，目标信息包含在中频的复包络中。

因此，须将中频信号变成等效的复数视频信号，以利于数字处理。

正交相干检波器就是一种将中频信号变换成复数视频信号的装置。

图1正交相干检波器功能框图

假定图1中输入的实窄带信号为：

其中，a（t）为实窄带信号的幅度调制；f0为实窄带信号的中频，为实窄带信号的相位调制。

如果用复指数表示，可写成：

其中，是复包络，是负载频。

中的信息全部包含在复包络中，所以只要处理就能得到信号的全部信息。

复包络可以进一步写成：

参见图1，I支路乘法器的输出为：

经过低通滤波（LPF）以后输出为：

同样，Q支路的输出为：

经过低通滤波（LPF）以后输出为：

用作为实部，作为虚部，组成一复信号恰好是中频的复包络。

即：

因和均作为视频信号，而且包含了原信号的幅度和相位：

经变换后，就可对信号进行数字处理。

四、实验内容

1.观看I、Q两路正交信号。

2.根据记录的波形数据，测量两路信号的幅相不平衡度。

3.幅相不平衡度的测量方法：

正交信号如图2所示，从示波器上读取正交I、Q信号的电压幅度值为AI和AQ，按公式：

，

计算幅度平衡值。

测量TA和TB的值，按公式：

计算相位平衡度。

图1正交信号波形

五、实验步骤

1.实验装置的连接

实验装置的Q9座“SIN”和“FO”分别连接到两台“DDS信号产生器实验装置”上；Q9座“OUT1”和“OUT2”分别连接到示波器的两个输入端“CH1”和“CH2”上；正确连接“+5V”和“±12V”电源。

2.Q9座“FO”对应的“DDS信号产生器实验装置”输出频率设置为10MHz（设置方法见“DDS信号产生器实验”）；

3.Q9座“SIN”对应的“ＤＤＳ信号产生实验装置”输出频率从9.6MHz到9.999MHz，分别按“K1”键和“K2”键，记录波形，并将测试数据填入表格。

输入频率（MHz）

9.600

9.700

9.800

9.900

9.950

9.970

9.990

9.999

检波器输出频率（KHz）

400

300

200

100

50

30

10

0.952

ΔA幅度平衡（dB）

A1

1.06

1.8

1.8

1.72

1.82

1.98

2.06

2.10

A2

1.25

1.96

1.9

1.9

2.08

2.14

2.28

2.28

ΔA

-1.432

-0.740

-0.469

-0.865

-1.1598

-0.6749

-0.8814

-0.7143

Δψ相位平衡（°）

0

2.20

5.79

7.03

1.91

0.439

2.093

2.093

1.407

4.记录波形

9.6MHz

9.7MHz

9.8MHz

9.9MHz

9.95MHz

9.97MHz

9.99MHz

9.999MHz

5.测试中频本振（/FO、FO）的幅相不平衡度。

性能

ΔA幅度平衡（dB）

Δψ相位平衡（°）

数据

-0.92

5.3°

波形如下：

六、实验分析

（1）从表格1中可以清楚地看到，如果输入信号SIN的频率偏离检波器理论中频本振频率10MHz，将出现幅相不平衡的现象，且频率不同，幅相不平衡的程度也不同。

频率偏离越大，幅相不平衡现象越明显。

也就是说，如果雷达回波信号有多普勒频移，频移越大，幅相不平衡的影响就越严重。

（2）从表格3可以看出，实验用中频本振信号本身就存在一定的幅相不平衡，用它来参与解调，必然使得输出信号呈现一定的幅相不平衡。

（3）LPF前的信号是解调处理前的中频正交信号，LPF后的信号是解调后的输出视频信号。

它们都呈现出了幅相不平衡的特点。

七、思考题

（1）幅相不平衡是什么原因造成的？

答：

原因来自两个方面：

A.本振信号由模拟信号产生，模拟移相器输出正交的SIN和COS信号，很难完全保证幅度完全相同，相位相差90°。

采用这样的本振信号与输入信号相乘以后，必然导致幅相不平衡。

B.实验中解调乘法完成以后，采用模拟低通滤波器滤波后，再经放大处理得到视频I路和Q路信号。

由于模拟滤波器和放大器不可能做到电路元件参数完全一致，再加上温度等外界环境的影响，使得输出也不能一致。

（2）幅相不平衡如何进行调整？

答：

可以采用误差校正技术。

接收机IQ检波前注入一个已知的理想信号，该信号必须是已知其特性的合成多普勒信号。

这个合成的多普勒信号经IQ检波和FFT处理器处理，信号在镜频出的响应反映了IQ通道的幅相不平衡，分析所得的误差数据，并记录储存在一个校准文件里。

系统工作时，调用该校准文件即可。

实验三匹配滤波器

一．实验目的

1.了解匹配滤波器的工作原理。

2.掌握二相编码脉冲信号的压缩比，主旁瓣比，码源宽度的测量方法。

3.加深和巩固课堂所学有关距离分辨力，横向滤波器‘和匹配滤波器方面知识。

二．实验仪器

示波器，直流稳压电源，万用表。

三．实验原理

二相编码信号的匹配滤波器为：

H（f）=μ1（f）·μ2（f）

式中，μ1（f）为子脉冲匹配滤波器，μ2（f）为横向滤波器（即抽头加权延时线求和）二相编码信号的匹配滤波结构如图1所示。

横向滤波器

子脉冲

匹配滤波器