多波形雷達回波中頻模擬器設計

根據隨機信號理論，對均勻分布的隨機數進(jìn)行白化處理，可實(shí)現具有良好統計特性的高斯白噪聲。系統首先采用2個(gè)獨立的m序列發(fā)生器產(chǎn)生[0，1]區間上均勻分布的偽隨機數，m序列發(fā)生器的硬件結構如圖6所示，其中Co和Cn為對應m序列多項式的系數，取值為0和1。
然后將產(chǎn)生的一對偽隨機數通過(guò)Box_Muller變換可以得到一對相互獨立的符合標準正態(tài)分布的偽隨機數m和n，正好作為噪聲產(chǎn)生器的同相分量和正交分量。Box_Muller變換公式為：

式中：x，y即為前述2個(gè)互相獨立的在(0，1)上均勻分布的偽隨機數。
由于Box_Muller變換需要用到兩個(gè)非線(xiàn)性函數和cos 2πy，而非線(xiàn)性運算很難在實(shí)際數字電路系統中實(shí)現，故實(shí)際中需要構建相應查找表實(shí)現非線(xiàn)性運算，分別記作sqrt_lut和sincos_lut。設sqrt_lut和sincos_Iut的輸出量化數據長(cháng)度為L(cháng)1和L2位，獨立變量m和n的定點(diǎn)長(cháng)度分別為N1和N2位。則當采用均勻量化方案時(shí)，sqrt_lut和sincos_lut所需的存儲空間分別為2N1×L1和2N2×L2?？梢钥闯?，如果直接實(shí)現查找表功能，當N1和N2較大時(shí)，對應的存儲空間是相當可觀(guān)的。
為了壓縮存儲空間，對sincos_lut，可以只存儲第一象限的正余弦值。其他象限則通過(guò)符號調整得到，這樣可以將sincos_lut占用存儲空間減少到原來(lái)的1／4。更進(jìn)一步，還可以對非線(xiàn)性曲線(xiàn)進(jìn)行分段折線(xiàn)近似，在實(shí)際查找表中只存儲各折線(xiàn)段的起始位置及對應斜率。也可以大幅度減少所需查找表的數量，該策略同樣適用于sqrt_lut查找表。
得到一對相互獨立的符合標準正態(tài)分布變量m和n后，還要對其進(jìn)行低通濾波，以適應對應的信號帶寬。由于I路與Q路的濾波特性完全相同，為進(jìn)一步節省資源，可采用一個(gè)支持雙通道操作的濾波器同時(shí)完成I路與Q路的濾波。這可以通過(guò)ISE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中Core Generator中的FIR IP核來(lái)方便實(shí)現。濾波器系統可由上位機根據所需帶寬，傳遞相應系數給DSP，繼而傳遞給FPGA。
噪聲功率調整模塊可根據設定信噪比的不同，乘以相應系數，對產(chǎn)生的帶限高斯白噪聲幅度進(jìn)行調整。

4 結論
本系統基于自主產(chǎn)生的原理，選用DSP和FPGA為核心處理器，通過(guò)合理的算法設計，實(shí)現了可兼容多種雷達波形的中頻雷達回波模擬器的設計，采用改進(jìn)的基于存儲轉發(fā)的數字脈沖延時(shí)方法，在達到8 ns的最小延時(shí)步長(cháng)的同時(shí)，降低了對系統的硬件要求。系統的另一個(gè)關(guān)鍵模塊是數字噪聲發(fā)生器，其參數可以進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，極大地提高了噪聲發(fā)生器的靈活性，與其他同類(lèi)型設計相比，具有工作速度快，資源利用率高，硬件結構簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。最后采用DDS、數字正交上變頻等器件，實(shí)現了精確的復雜頻率調制、相位調制和幅度調制，保證了系統的靈活性、高兼容性和集成化程度。