1、雷达信号处理实验报告课程设计报告书电 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、实验容:1.输出一路中频LFM信号:T=24us,B=5MHz,f0=30MHz2.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7.5MHz4.输出脉冲压缩结果四、实验要求:1.波形产生DAC时钟自行确
2、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:T
3、s:T;LFM=sin(2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .2);LFM=zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(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);zoom xon; grid on; axis(min(x_axis) max(x_axis) -1.1 1.1);编写matlab程序将中频LFM信号画出来图6-1 LFM信号原始波形通过matlab将LF
4、M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6-2 LFM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
5、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6-7 AD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6-8 NCO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6-9 I、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
6、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
7、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8-1 LFM原始波形图8-2 LFM信号频谱图8-3 LF
8、M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SignalTap II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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