基于A(yíng)D9857的偽隨機碼調相雷達發(fā)射硬件平臺的設計
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二進(jìn)制相位調制就是在數字基帶信號碼元為0時(shí)，載波相位取π，使輸出波形倒相；基帶信號碼元為1時(shí)，載波相位取0，輸出波形不變。這樣就以載波的不同相位表示了相應的基帶脈沖信息，實(shí)現了頻率的擴展[5]。本設計中的載波信號是一系列的正弦和余弦離散采樣點(diǎn)值。通過(guò)試驗發(fā)現在每個(gè)m系列基帶碼元時(shí)間段，即本設計所采取的64μs內，載波采樣100個(gè)點(diǎn)能比較好地滿(mǎn)足設計要求。載波離散采樣點(diǎn)值的生成，也即正弦和余弦離散采樣點(diǎn)值塊的設計要考慮AD9857數字正交上變頻器的并口數據輸入端對數據格式及數據輸入速率的要求。此處AD9857芯片要產(chǎn)生I/Q 2路正交載波離散采樣點(diǎn)值并且要對數據進(jìn)行14位補碼形式的格式轉換。由于VHDL硬件編程語(yǔ)言中沒(méi)有正弦和余弦產(chǎn)生函數，所以本設計中先用C語(yǔ)言產(chǎn)生I/Q 2路正弦和余弦離散采樣點(diǎn)值，并轉化為14位補碼格式，再把14位補碼格式的點(diǎn)值存到一ROM塊中，由調相器產(chǎn)生它們的取值地址。本設計中選用Altera公司的FLEX10K系列芯片中含有嵌入式陣列塊(EAB)，可以構造ROM存儲器。
調相器部分主要產(chǎn)生ROM存儲器中點(diǎn)值的取值地址，同時(shí)完成調相功能。當ｍ序列基帶碼元是0時(shí)，載波相位倒相，根據正弦和余弦波形的特點(diǎn)，可使尋址點(diǎn)在碼元由1到0的跳變(jump-low＝1)時(shí)，跳變到sinπ處(即第51個(gè)點(diǎn)值處），即可實(shí)現倒相；當ｍ序列基帶碼元是1時(shí)，載波相位不變，可使尋址點(diǎn)在碼元由0到1的跳變(jump_high＝1)時(shí)，回到sin0處（即第1個(gè)點(diǎn)值處）。由于在ROM存儲表中先存放正弦離散采樣點(diǎn)值的100個(gè)點(diǎn)，后存放余弦離散采樣點(diǎn)值的100個(gè)點(diǎn)，所以該部分的VHDL尋址程序可如下設計。
if(count202s=″01100100″) and (jump_low=′0′) then
--正弦離散采樣點(diǎn)值部分
count202s=″00000000″；--尋址到第100個(gè)點(diǎn)值處并且
--不是碼元的下跳沿時(shí)，回到第1個(gè)點(diǎn)值處
elsif(jump_high=′1′) then count202s=″00000000″；
--碼元上跳沿時(shí)，尋址到第1個(gè)點(diǎn)處，調制相位為0
elsif( jump_low=′1′) then count202s=″00110010″；
--碼元下跳沿時(shí)，尋址到第51個(gè)點(diǎn)值處，調制相位為180°
else count202s=count202s+′1′；
end if；
if(reset=′1′) then count202c=″01100101″；--余弦離散
--采樣點(diǎn)值尋址值先初始化到第101個(gè)點(diǎn)值處
elsif (en=′1′) then
if(count202c=″11001001″) and (jump_low=′0′) then
count202c=″01100101″；--尋址到第200個(gè)點(diǎn)值處并且
--不是碼元的下跳沿時(shí)，回到第101個(gè)點(diǎn)值處
elsif(jump_high=′1′) then count202c=″01100101″；
--上跳沿時(shí)，尋址到第101個(gè)點(diǎn)處，調制相位為0
elsif ( jump_low=′1′) then count202c=″10010111″；
--碼元下跳沿時(shí)，尋址到第151個(gè)點(diǎn)址處，調制相位為180°
else count202c=count202c+′1′；
end if；
end if；
m 系列調相模塊的編譯仿真波形圖如圖4所示。從圖4中可看出該模塊的功能完全正確。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157678.htm
2.1.2 AD9857控制及串口配置模塊
AD9857數字正交上變頻器主要有并口和串口二大部分需要設置。并口輸入數據由m系列偽隨機碼調相后的I/Q2路14位補碼格式的基帶數據流輪流提供。串口內各寄存器的配置是整個(gè)設計的關(guān)鍵，包括工作模式、頻率控制字、時(shí)鐘倍頻、濾波器的內插因子和輸出增益控制等參數的設置。根據串口讀寫(xiě)時(shí)序要求本部分的設計用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現。
2.1.3 VXI總線(xiàn)接口模塊的設計
VXI總線(xiàn)是在VME總線(xiàn)和GPIB總線(xiàn)的基礎上發(fā)展起來(lái)的一種新型儀器系統總線(xiàn)。它吸取了VME和GPIB總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，并結合儀器測量系統的自身特點(diǎn)而增加了許多新的性能，如零槽模塊功能、資源管理器、配電、冷卻和電磁兼容等[6]。新一代高頻地波雷達系統即基于VXI總線(xiàn)傳輸模式。
VXI總線(xiàn)模塊儀器可分為寄存器基、消息基、存儲器基和擴展器件4個(gè)部分。用得較多的是前2種器件。寄存器基器件的VXI總線(xiàn)接口基本要求是只需具有配置寄存器，且與這種器件的通信是通過(guò)對寄存器的讀、寫(xiě)來(lái)完成的，它不能控制其他器件，只能受其他器件的控制。消息基器件不僅應具有總線(xiàn)配置寄存器，而且還應能進(jìn)行更高級的通信，支持更復雜的協(xié)議，如字串行協(xié)議等，它可以控制其他器件，也可被其他器件控制。
本設計中的信號發(fā)射模塊基于寄存器基，其VXI總線(xiàn)接口模塊中除了具有基本的配置寄存器，因該接口的通用性，它還要與接收模塊等其他部分相兼容，因此其內部還有中斷接口、數據傳輸接口等。本部分的設計也是根據VXI總線(xiàn)使用規范及時(shí)序要求，采用VHDL編程語(yǔ)言中的狀態(tài)機方式實(shí)現。
2.2 數字上變頻技術(shù)
傳統的雷達發(fā)射系統一般采用鎖相環(huán)（PLL）電路將模擬基帶信號倍頻到系統所需的載波頻率上，然后再接一個(gè)模擬乘法器來(lái)完成調制功能。與傳統鎖相環(huán)技術(shù)相比，數字上變頻技術(shù)具有頻率分辨率高、相位線(xiàn)性變化、易于數字控制等優(yōu)點(diǎn)，正得到越來(lái)越廣泛的應用。典型的數字上變頻器有AD公司的AD9856、AD9857以及Harris公司的HSP50215和Gray公司的4路發(fā)射芯片GC4114。本設計采用AD9857。AD9857數字正交上變頻器一般有3種工作模式：正交調制模式、單頻輸出模式和內插DAC模式。工作在正交調制模式時(shí)，I/Q 2路數字基帶信號交替輸入，再分成2路，經(jīng)過(guò)CIC濾波器、可編程內插器后送入正交調制器。DDS核提供一個(gè)正交的本振信號到正交調制器，與I/Q 2路數據相乘相加，產(chǎn)生一個(gè)正交調制的數據流，這些都在數字域完成。最后通過(guò)14位的DAC輸出正交調制的模擬信號；工作在單頻輸出模式時(shí)，AD9857相當于一個(gè)DDS頻率源，不接受外部數據。DDS核在頻率控制字的控制下產(chǎn)生一個(gè)單頻數字信號，再經(jīng)DAC輸出；工作在內插DAC模式時(shí)，輸入14位的I通道數據，經(jīng)過(guò)內插后再經(jīng)DAC輸出。該模式下對信號進(jìn)行過(guò)采樣操作，但保持原始信號頻譜不變。在本設計中采用正交調制模式。
2.3 后續處理電路
由圖2可知，后續處理電路主要包括經(jīng)AD9857數字正交上變頻器上變頻后的中頻模擬信號的A/D 轉換、濾波和功率放大等環(huán)節。軟件無(wú)線(xiàn)電的目標是在較高的中頻、甚至射頻段就開(kāi)始對信號進(jìn)行數字化處理，這樣可以減少系統中模擬器件的數量，增加系統的靈活性。為達到此要求，ADC必須有很高的采樣速率和工作帶寬。為適應復雜的電磁環(huán)境，還要求ADC具有大的動(dòng)態(tài)范圍。此時(shí)的中頻輸出信號，需要高頻窄帶濾波器進(jìn)行濾波，一般的LC濾波器是不能滿(mǎn)足要求的，要選用工作頻率穩定度高、阻帶衰減特性陡峭、插入損耗小的石英晶體諧振器組成的高頻窄帶濾波器，放大電路部分宜采用低噪聲高帶寬的可調增益放大器。本設計中采用的就是90MHz帶寬的低噪聲可調增益放大器AD603。
3 結束語(yǔ)
基于軟件無(wú)線(xiàn)電思想，采用m系列偽隨機碼調相體制的新一代高頻地波雷達系統的中頻將達到40.5MHz。因此一些關(guān)鍵技術(shù)要有所突破，主要包括數字上變頻技術(shù)和數字下變頻技術(shù)、高速A/D和D/A變換技術(shù)、開(kāi)放式總線(xiàn)結構技術(shù)和高速數字信號處理技術(shù)等。本設計中的基于A(yíng)D9857數字正交上變頻器的偽隨機碼調相體制高頻地波雷達發(fā)射部分系統的方案就是按上述要求實(shí)現的，并已取得了初步成功。
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