LFMCW雷達中頻接收機的設(shè)計與實現(xiàn)
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2 系統(tǒng)硬／軟件設(shè)計
2．1 模擬中頻信號到數(shù)字基帶信號的處理方案
AD8347的射頻信號輸入范圍800 MHz～2．7GHz，-3dB解調(diào)帶寬為65MHz，由于輸入的中頻信號IF頻率為1．2GHz，基帶信號實際有用帶寬160 kHz，輸入輸出信號的頻帶AD8347都完全適用。AD8347的正交誤差1°，振幅平衡0．3 dB，具有較好的精度。內(nèi)部集成69．5 dB自動增益放大器，能夠適應(yīng)-70～10 dBm輸入功率變化。
AD9248-65是一款14位雙通道，最高采樣頻率65 MSPS的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有高性能采樣保持放大器、時鐘占空比穩(wěn)定器和內(nèi)部參考電壓。信噪比71．6dBc，無雜散動態(tài)范圍80dBc，全功率輸入帶寬500 MHz，300 mW的低功率。在實際應(yīng)用中，選擇使用內(nèi)部參考電壓，輸入電壓范圍選擇2 V峰峰值。
實際有用基帶信號帶寬160kHz，在采樣之前需做抗混疊濾波，LC濾波器不易做到1MHz以下的低通，故濾波器選擇了通帶截止頻率2MHz，阻帶起始頻率5 MHz的LC低通濾波器，采樣率50 MSPS，采樣頻率為帶寬的10倍，過采樣還能提高信噪比。模擬中頻到數(shù)字基帶硬件重要信號連接圖所圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191082.htm
2．2 基于FPGA的數(shù)字信號處理方案
根據(jù)FPGA要實現(xiàn)的數(shù)字信號處理功能以及存儲容量和時序控制邏輯的規(guī)模，評估了所需要FPGA的邏輯資源、管腳數(shù)量、片內(nèi)存儲資源等因素，最終選取了Ahera公司Cyclone III系列的EP3CSOF484C8。FPGA系統(tǒng)時鐘50 MHz，采用主動串行(AS)配置方式，配置芯片選擇EPCS16。
由于抗混疊濾波器的通帶截止頻率為2 MHz，相對于160 kHz的實際有用基帶信號帶寬，仍然存在很大的帶外噪聲，并且由于50 MSPS的采樣率過高，導致數(shù)據(jù)率大大超過了實際需求，所以在FPGA內(nèi)部首先要做1／O兩路并行的抽取式FIR低通濾波。抽取系數(shù)50，系數(shù)精度16位，輸入位寬14位，輸出保留16位。通帶截止頻率160kHz，階數(shù)為400階，Blackman窗，在400kHz處衰減80dB。抽取之后得到的實際采樣率為1MHz，是400 kHz帶寬的2．5倍，滿足奈奎斯特采樣要求。既有效濾除了絕大部分帶外噪聲，又降低了數(shù)據(jù)率。
線性調(diào)頻連續(xù)波雷達的發(fā)射與接收是需要同步進行的，系統(tǒng)采用由接收機發(fā)出Trigger信號觸發(fā)發(fā)射機的VCO開始掃頻的方式。上位機通過PCI9054把開始指令發(fā)給FPGA，F(xiàn)PGA各模塊進入工作狀態(tài)的同時發(fā)送Trigger信號觸發(fā)VCO開始線性調(diào)頻。
輸入的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)FIR低通抽取濾波以后，每50個時鐘周期輸出一次，所以整個VCO掃頻周期內(nèi)得到的數(shù)據(jù)僅10 000次。由于FFT變換采用的是Altera FFT IP核的Burst數(shù)據(jù)流模式，需要將一幀源數(shù)據(jù)連續(xù)輸入，而抽取濾波器輸出的數(shù)據(jù)流是非連續(xù)的，所以采用了16384x32bits的FIFO1進行緩存，VCO掃頻結(jié)束后，再將FIFO1中的數(shù)據(jù)連續(xù)地傳輸給16384點的FFT運算模塊，有效數(shù)據(jù)僅有10000點，需添6384點零補齊。
FFT變換輸出的實部和虛部數(shù)據(jù)各16位，每幀16 384點，存入16 384x32 bits的異步FIFO2，F(xiàn)IFO2可以完整存放一幀數(shù)據(jù)。當FIFO2非空時，F(xiàn)PGA對PCI9054產(chǎn)生本地中斷LINT#信號，PCI9054通過Local總線將FIFO2中的數(shù)據(jù)讀出。FPGA數(shù)字信號處理及控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
2．3 PCI總線接口方案
系統(tǒng)采用了PCI9054作為接口芯片，為PCI總線和局部總線建立起一條高速的數(shù)據(jù)通道，突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速度峰值可達132 MB／s。本系統(tǒng)中PCI9054采用本地數(shù)據(jù)和地址非多路復用的C模式，數(shù)據(jù)總線寬32位，本地時鐘50 MHz。
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