[发明专利]实现捷变频米波雷达的数字下变频系统

说明书

技术领域

本发明涉及米波波段在雷达领域中的应用，尤其涉及一种实现捷变频米波雷达的数字下变频系统。 

背景技术

VHF雷达也称米波雷达，其优点是制造技术简单，探测距离远，但也存在测量精度差、体积庞大等弱点。因此，从上世纪70年代开始，世界上大多数国家都淘汰了米波雷达。但近年来，随着隐身技术的大量应用以及雷达新技术的不断发展，米波雷达在探测隐身飞行目标和对抗反辐射导弹(ARM)方面所体现出的优势再次引起了雷达界的高度重视，世界各国把发展米波雷达放到雷达探测系统的重要位置。 

但是，由于米波雷达在其工作带宽内，密集地拥挤着很多工业干扰和其他商用无线电干扰，因此米波雷达在工作时经常需要对工作环境的不同的工作频点进行测试或者根据抗干扰的需要，对工作频点进行切换。当前米波雷达的信号处理主要依赖数字下变频技术。经典雷达的数字下变频一般是先将射频回波信号经模拟下变频至适当中频，然后在中频用ADC数字化后输出高频数字中频信号，再经数字下变频器(Digital Down Converter-DDC)的变频、抽取和低通滤波处理之后变为低速率的雷达回波信号。目前典型的雷达数字下变频实现方式可以归纳为以下几类： 

1、采用专用的可编程DDC(Direct digital synthesizer，直接数据频率合成器)芯片； 

2、采用通用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理器，软件实现数字下变频； 

3、采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现数字下变频。 

数字下变频功能实现的关键在于NCO(Numerical Controlled Oscillator，数字控制振荡器)的设计、滤波器的设计和选取，以及抽取参数的设定等。 其中，NCO是实现数字下变频的主要关键技术之一，其所产生的正交本振信号的纯度也是影响数字下变频性能的主要因素之一。 

NCO的目标就是产生一个理想的正弦或余弦序列，更确切地说就是产生一个频率可控改变的正弦波样本。 

Sn(n)＝cos(2πf_LOn/f_s)(n＝0、1、2….)    (1) 

式中，f_LO为本地振荡频率；f_S为DDC输入信号的采样频率。 

NCO产生正弦波样本的有效方法就是采用查表法，即事先根据各个NCO正弦波相位计算好各个相位的正弦值，并按相位角度作为地址存储该相位的正弦值数据。 

在现有的典型的雷达数字下变频实现方式中，专用DDC芯片价格昂贵，灵活性不强；通用DSP处理器实现数字下边频，由于DSP处理运算能力的限制，一般需要高效算法以减小数字下变频的运算量，不同算法适用的场合不同。 

近年来FPGA器件在逻辑规模和处理性能得到了前所未有的提高，FPGA的可编程性、灵活性和高集成度，在雷达数字下变频领域得到了广泛的应用。目前，采用FPGA实现数字下变频的过程中，NCO作为关键模块之一，一般采用图1所示的经典的FPGA实现数字下变频功能中的NCO实现框图。在该NCO实现框图中，本振信号的产生采用如图2所示的ROM查表法，初始相位控制字用来设置本振信号的初相，相位步进控制字用来设置本振信号的频率。在系统时钟的控制下，由相位累加器对输入频率字不断累加，得到以该频率字为步进的数字相位，再通过相位相加模块进行初始相位偏移，得到要输出的当前相位，将该值作为取样地址值送入幅度P相位转换电路，查表获得正余弦信号样本。然而，在FPGA中采用该结构实现NCO的缺点在于，输出本振信号的频率分辨率受到相位数据的位数和相位的正弦值数据的位数限制，提高NCO本振信号的频率分辨率，必须增加相位数据的位数和相位的正弦值数据的位数，这会导致FPGA更多的资源消耗。 

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明现提出一种实现捷变频米波 雷达的数字下变频系统及对应的方法，以解决原有的捷变频米波雷达的工作频点有限、不连续，且NCO模块易导致FPGA产生较多的资源消耗等问题。 

本发明所公开的一种实现捷变频米波雷达的数字下变频系统，包括DDC控制模块、NCO模块、A/D采样模块、混频模块以及滤波模块，其中， 

所述DDC控制模块，与所述NCO模块相耦接，用于输出雷达系统的工作频点给所述NCO模块，并控制整个DDC模块的时序；