雷达信号处理实验报告课程设计.docx
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雷达信号处理实验报告课程设计
电子科技大学
雷达信号产生与处理实验课程设计
课程名称:
雷达信号产生与处理的设计与验证
指导老师：
姒强
小组成员：
学院：
信息与通信工程学院
一、实验项目名称：
雷达信号产生与处理的设计与验证课程设计
二、实验目的：
1.熟悉QuartusII的开发、调试、测试
2.LFM中频信号产生与接收的实现
3.LFM脉冲压缩处理的实现
三、实验内容：
1.输出一路中频LFM信号：
T=24us，B=5MHz，f0=30MHz
2.构造中频数字接收机（DDC）对上述信号接收
3.输出接收机的基带LFM信号，采样率7.5MHz
4.输出脉冲压缩结果
四、实验要求：
1.波形产生DAC时钟自行确定
2.接收机ADC采样时钟自行确定
3.波形产生方案及相应参数自行确定
4.接收机方案及相应参数自行确定
五、实验环境、工具：
MATLAB软件、QuartusII软件、软件仿真、计算机
6、实验原理：
方案总框图：
系统顶层模块图
（1）matlab产生LFM信号
LFM信号要求为T=24us，B=5MHz，f0=30MHz。
选择采样率为45MHz。
产生LFM的matlab代码如下：
MHz=1e+6;
us=1e-6;
%-------------------------波形参数-----------------------------
fs=45*MHz;
f0=30*MHz;
B=5*MHz;
T=24*us;
Tb=72*us;
SupN=fs/7.5/MHz;
%-------------------------波形计算-----------------------------
K=B/T;
Ts=1/fs;
tsam=0:
Ts:
T;
LFM=sin（（2*pi*（f0-B/2）*tsam+pi*K*tsam.^2））;
LFM=[zeros（1,Tb/Ts）LFMzeros（1,Tb/Ts）];
N=length（LFM）;
Fig=figure;
x_axis=（1:
N）*Ts/us;
plot（x_axis,real（LFM）,'r'）;
title（'LFM原始波形'）;xlabel（'时间（us）'）;ylabel（'归一化幅度'）;
zoomxon;gridon;
axis（[min（x_axis）max（x_axis）-1.11.1]）;
编写matlab程序将中频LFM信号画出来
图6-1LFM信号原始波形
通过matlab将LFM原始波形量化成12位的数据，并生成保存为后缀.MIF的文件。
图6-2LFM信号量化波形
（2）中频LFM信号产生过程
图6-3信号产生过程
地址计数器模块：
通过输入时钟，地址自动加一，把波形存储模块中的数据进行寻址。
图6-4地址计数器模块
波形存储模块：
通过matlab生成LFM的波形数据数据，并把matlab生成的数据储存到波形储存模块中，即matlab生成的.MIF文件。
图6-4波形存储模块
数据锁存器：
起到缓存作用，对从波形模块中提取的数据起暂时存储的作用。
图6-5数据锁存器
数据产生模块:
连接地址计数器、波形存储模块、数据锁存器，之后数据锁存器的后面连接实验板的DAC就能得到我们需要的中频信号LFM。
图6-6数据产生模块整体图
（3）AD采样与锁存
通过试验箱自带的ADC，将DAC输出的信号进行采样，AD数据采集进来，通过一个数据锁存器，使得数据在一个时钟来之前得到缓存。
图6-7AD采样模块
（4）I,Q路信号生成
NCO存储模块：
运用matlab生成正弦和余弦信号数据，并存储在该模块里面
图6-8NCO存储模块
I、Q路信号生成整体模块：
通过正弦、余弦数据和AD采样的数据相乘，分别得到I、Q两路信号。
图6-9I、Q路信号生成整体模块
（5）低通滤波器
低通滤波器将I、Q路的和频分量即高频分量滤除，保留差频分量，以获得基带信号。
图6-10低通滤波器模块
（6）六倍抽取模块
信号再经过六倍抽取
图6-11六倍抽取模块
（7）实现匹配滤波器的卷积FIR滤波器模块
I、Q路进行匹配滤波
图6-12实现匹配滤波器的卷积FIR滤波器模块
（8）运算模块
通过平方运算、加法运算和开方运算得到最后的脉冲压缩输出，脉冲压缩计算过程如下图
图6-13实现运算过程框图
图6-14运算各模块
（9）时钟配置
利用QUARTUS自带的免费IP核，配置我们需要的时钟。
系统输入的时钟为10MHZ，通过配置各个模块所需的时钟与系统时钟比例，DAC为6:
1，ADC和NCO为9:
2，匹配滤波器为3:
4,所以DAC时钟是60MHz,ADC和NCO时钟是45MHz,匹配滤波器是7.5MHz。
图6-15时钟配置模块PLL
（10）脉冲压缩
对信号匹配滤波进行脉冲压缩。
Matlab代码如下：
%----------------脉冲压缩
PC_FILTER=conj（lfm）;
PCOUT=conv（lfm,PC_FILTER）;
Fig=figure;
plot（real（PCOUT））
Fig=figure;
plot（imag（PCOUT））
SHOW=abs（PCOUT）;
SHOW=SHOW./max（SHOW）;
7、实验步骤：
1、FPGA程序设计
2、FPGA程序时序仿真
3、FPGA程序下载、测试（SignalTapII在线逻辑分析）
8、实验数据及结果分析：
Matlab仿真输出如下图8-1到8-4所示。
图8-1LFM原始波形
图8-2LFM信号频谱
图8-3LFM信号量化波形
图8-4脉冲压缩结果
在FPGA上调试输出结果如下图所示。
FPGA产生信号图之一
此图是在SignalTapII上实时输出的数据，分别是I路信号、Q路信号、经过低通滤波器的I路信号、经过低通滤波器的Q路信号。
FPGA产生的信号图之二
此图显示的数据分别为最终的脉冲压缩信号、经过匹配滤波器输出的I、Q路信号以及经过加法和平方之后的数据输出，输出都符合设计要求。
九、总结及心得体会：
通过本次课程设计，了解了QuartusII的开发、调试、测试，并明白了LFM信号的数字实现和仿真，实现了LFM中频信号产生与接收。
掌握了数据率变换的原理，掌握了模块PRF产生器，地址产生器，波形数据库，数据锁存器，FIR_LPF模块的原理应用。
掌握了加法器，平方器和开方器的应用，模块的连接及相关引脚的设置都需要认真的设置，否则都会对实验结果产生影响。
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