基于AD9857的偽隨機(jī)碼調(diào)相雷達(dá)發(fā)射硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　雷達(dá)發(fā)射過程：先由可編程邏輯器件(FPGA/CPLD，下同)編程產(chǎn)生一m系列偽隨機(jī)碼調(diào)相脈沖信號(hào)，經(jīng)AD9857數(shù)字正交上變頻器上變頻到40.5MHz后，經(jīng)過濾波、功率放大和混頻后得到射頻信號(hào)，再由射頻端電路和功率放大后，饋送到天線發(fā)送出去。雷達(dá)接收過程：天線接收到的回波信號(hào)先經(jīng)射頻端電路濾波和放大后，與本振信號(hào)混頻得到中頻信號(hào)，再經(jīng)濾波放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字下變頻器降速處理得到低速的數(shù)字基帶信號(hào)，最后送給可編程邏輯器件進(jìn)行相關(guān)的處理。與此同時(shí)，可編程邏輯器件處理后的信號(hào)經(jīng)VXI(VME Extension for Instrumentation)總線送入PC主機(jī)。這種設(shè)計(jì)的最大好處就是發(fā)射脈沖編碼信號(hào)由可編程邏輯器件編程產(chǎn)生，修改靈活，并且接收到的回波信號(hào)的處理以及和VXI總線的接口電路都可在可編程邏輯器件中一起設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的集成度，充分體現(xiàn)了軟件無線電思想的優(yōu)勢。
2 雷達(dá)發(fā)射部分設(shè)計(jì)
　　根據(jù)上述的雷達(dá)發(fā)射原理，基于AD9857數(shù)字正交上變頻器的偽隨機(jī)碼調(diào)相體制雷達(dá)發(fā)射部分的設(shè)計(jì)方法是：整個(gè)設(shè)計(jì)選用Altera公司的FLEX10K系列芯片，在MAX+PLUSII開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。FLEX10K系列可編程邏輯器件內(nèi)的設(shè)計(jì)主要包括：m系列偽隨機(jī)碼調(diào)相信號(hào)系列的產(chǎn)生模塊、AD9857的控制及串口寄存器配置模塊、VXI總線接口模塊三大部分。三大模塊的設(shè)計(jì)是整個(gè)發(fā)射部分設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)也是關(guān)鍵技術(shù)所在。設(shè)計(jì)采用硬件編程語言VHDL文本輸入和原理圖輸入相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。發(fā)射部分原理圖如圖2所示。

2.1 FPGA內(nèi)各模塊的設(shè)計(jì)
2.1.1 m系列偽隨機(jī)碼調(diào)相模塊的設(shè)計(jì)
　　在通常的單頻脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中，采用寬度為?子、周期為T的單脈沖對頻率為f0的正弦或余弦載波進(jìn)行幅度控制得到脈沖調(diào)幅波。簡單的脈沖雷達(dá)雖然可以獲得很高的收發(fā)隔離以及很高的距離分辨率，但是它有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，就是距離分辨率和實(shí)際最大探測距離之間存在著矛盾。因?yàn)槿绻嚯x分辨率很高，則發(fā)射脈沖的寬度?子很小，工作比率很低，平均發(fā)射功率也就很低，從而導(dǎo)致實(shí)際探測距離減小[3]。相反，若通過增大脈沖功率來提高雷達(dá)系統(tǒng)的最大探測距離，則會(huì)增大發(fā)射機(jī)的難度，同時(shí)也增加了故障率。
　　為了解決上述矛盾，因而產(chǎn)生了脈沖壓縮技術(shù)。脈沖壓縮技術(shù)是使雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射寬度相對較寬而峰值功率較低的脈沖，利用該技術(shù)既可增大系統(tǒng)的最大探測距離，又不增加發(fā)射機(jī)的難度。脈沖壓縮技術(shù)是通過在發(fā)射部分對載波編碼擴(kuò)頻，然后在接收機(jī)中對回波進(jìn)行壓縮處理實(shí)現(xiàn)的。目前的脈沖壓縮方法一般采用線性調(diào)頻中斷連續(xù)波(FMICM)和偽隨機(jī)碼調(diào)相中斷連續(xù)波2種波形。新一代高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)將采用偽隨機(jī)碼調(diào)相連續(xù)波。
　　在偽隨機(jī)碼調(diào)相體制中，一般采用m系列的偽隨機(jī)碼。m序列是一種相當(dāng)重要的偽隨機(jī)序列，被廣泛地應(yīng)用在雷達(dá)系統(tǒng)和擴(kuò)頻通信等場合。m系列的特性：(1)具有隨機(jī)序列的隨機(jī)特性（即統(tǒng)計(jì)特性）。(2)是一個(gè)預(yù)先可以確定的，并且可以重復(fù)實(shí)現(xiàn)的確定序列。(3)有很好的自相關(guān)特性，它的自相關(guān)函數(shù)只有2個(gè)不同的值，即有雙值自相關(guān)函數(shù)特性。(4)具有相同級(jí)數(shù)的線性移位寄存器可產(chǎn)生的最長序列。本設(shè)計(jì)采用的就是m系列偽隨機(jī)碼。
　　m系列偽隨機(jī)碼調(diào)相模塊主要由如圖3所示的部分組成。先由一分頻器產(chǎn)生m 系列產(chǎn)生頻率和調(diào)相器的工作頻率。這一部分的設(shè)計(jì)要綜合考慮其他部分的工作原理。因?yàn)檎{(diào)相器中的正弦和余弦采樣離散點(diǎn)值的地址產(chǎn)生頻率要取為m系列產(chǎn)生頻率的100倍，所以分頻器要先使clock進(jìn)行100次分頻，分頻后的頻率作為m系列產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，而clock作為正弦和余弦離散采樣點(diǎn)值的取值地址產(chǎn)生頻率。

　　高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)中初步采用8級(jí)，也就是28－1＝255個(gè)碼長的m系列，每片碼元長度取為Te＝64μs。由于級(jí)數(shù)比較多，所以宜采用文本輸入的方式產(chǎn)生該m系列。根據(jù)m序列的特征多項(xiàng)式系數(shù)與m序列產(chǎn)生器反饋系數(shù)的關(guān)系，可以組成一種各級(jí)系數(shù)分別是：c0=c4=c5=c6=c8=1，c1=c2=c3=c7=0[4]的8級(jí)m序列產(chǎn)生器。