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
、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、实验目的：
1. 熟悉Quartusll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
六、实验原理:
方案总框图:
I
--------- >X *低通滤波器抽取
t cos ---------------- * ADC N C O
qp i ----------------- --------
DAC脉冲压「缩
--------- X叭低通滤波器抽取
Q
(1) matlab产生LFM信号
LFM信号要求为T=24us B=5MHz, fO =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*MH z;
f0=30*MH z;
B=5*MHz;
T=24*us;
Tb=72*us;
SupN=fs/7.5VIH z;
% --------------- 波形计算--------------------
K=B/T;
Ts=1fs;
tsam=0:Ts:T;
LFM=si n( (2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .A2));
LFM=[zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(1,Tb/Ts)];
N=le ngth(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([m in( 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6-2 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。
Lr ■阿即岳洱
■ FV1量化液
形
?0 40 60 EQ 10Q 120 140 1R0
时间阿
?0 4C GC 60
100 1?0 140 1«0
时间（阔
J
ADDGEN
1
CLK ADDCUT112..0]
.I insi2
■i* I e“ y ・w
■•,、#i.
r " ji r B i i、pr ¥ e
・・"• i ■ ■ i
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。
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LFMo
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) l,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
(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。
Zi A T M .A TC
H
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
他配漣波h t[n]
1抽槪」匹配滤波加[闻
匹配犹波＞1训計]
求枝运算
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=co nv(l fm,PC_FILTER); Fig=figure; plot(real(PCOUT)) Fig=figure; plot(imag(PCOUT)) SHOW=abs(PCOUT); SHOW=SHOW./max(SHOW);
七、实验步骤:
1、 F PGA 程序设计
2、 F PGA 程序时序仿真
3、 F PGA 程序下载、测试(SignalTapI 在线逻辑分析)
八、实验数据及结果分析：
Matlab 仿真输出如下图8-1到8-4所示。
LF
JI I
20 40 HU 8l> Ida 120
140 1«O
01 iai<Lw>
图8-1 LFM 原始波形
■
■-----
图8-4脉冲压缩结果
ed ----------------- 1 ---------- ---------- 1 ------------------------------------- J------------------------------------- L --------------
-20 *15 *10 石 0 S 10 1S M
脈率（丽HZ
图8-2 LFM 信号频谱
_FVl ：S ：化潤彤
时问（UH}
图8-3 LFM 信号量化波形
X 心 PdB 的-遍形
4.5
i
I
3 5-
600 1000 1500
Q o o _Q O- 1--2^/
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 I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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