一种基于SCA的软件化LPI雷达信号产生方法与流程

本发明涉及的是一种雷达信号产生方法。

背景技术：

雷达作为现代军用、民用生活不可或缺的设备，主要完成对目标的距离、速度、角度等信息的检测与测量。低截获概率(Low probability of interception，LPI)雷达是指雷达在一定距离上可以发现目标，而目标的截获接收机不能发现或者发现雷达的概率很低的雷达。LPI雷达往往在保证作用距离情况下，降低发射机发射的峰值功率，采用大时宽、带宽积信号，典型的LPI雷达信号包括了线性调频信号、相位编码信号等。

软件通信构架(Software Communication Architecture)为软件定义无线电提供了一种规范，是软件无线电技术实现的标准化。目前软件化雷达逐步成为雷达技术领域的研究热点，将LPI雷达信号产生方法按照SCA标准进行设计是解决软件化雷达相关技术领域的有效方法。

在LPI雷达信号产生技术方面，文献《基于DDS的宽带雷达信号产生技术研究》和《基于DDS+倍频的宽带LFMCW雷达信号产生设计》均是基于DDS技术实现了宽带雷达信号产生方面的研究，其设计理念依然围绕FPGA实现开展，不满足SCA标准的软件化可重构配置的功能特点；专利《一种超宽带雷达信号产生合成装置》和《一种超宽带多模式雷达信号产生方法及装置》，亦不具备软件化可重构配置的特点。专利《基于SCA架构的软件无线电设计方法与综合业务处理平台》尽管采用了SCA设计思路，但不涉及LPI雷达信号产生装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供更具功能可重构性和设计灵活性的一种基于SCA的软件化LPI雷达信号产生方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于SCA的软件化LPI雷达信号产生方法，其特征是：

(1)X86上位机系统对LPI雷达产生信号参数进行设置，将控制命令通过PowerPC板卡下发至DRFM板卡和基带处理板卡；

(2)DRFM板卡和基带处理板卡根据接收到的LPI雷达信号参数进行分解，由DSP将参数信息传送至FPGA1，再由FPGA1解串后传送至FPGA2中，完成LPI雷达信号产生模块的参数配置；

(3)根据配置的参数，在FPGA2中生成参数可配置的DDS模块，通过更改参数控制字使DDS模块输出满足X86上位机配置参数的中频信号数字量去驱动DRFM板卡上的DAC1和DAC2，从而输出LPI雷达中频300MHz模拟信号；

(4)根据X86上位机配置的射频参数去控制微波前端，将DRFM板卡输出的中频300MHz模拟信号经过微波前端后上变频至8-18GHz频段中设定的射频，并由发射天线将LPI雷达射频信号辐射出去。

本发明还可以包括：

1、步骤(2)中DSP作为主控CPU将X86上位机下达的参数分解后送到FPGA1中，并由FPGA1通过CPCI接口传至FPGA2中，在FPGA2中完成LPI雷达信号产生模块的数字化处理，具体处理过程如下：

(a)根据FPGA2接收到的配置参数信息，产生M路并行数字信号

(b)对产生的M路并行数字信号进行M点复数IDFT运算，输入信号与输出信号对应关系：

(c)对M点复数DFT模块输出的M路信号Y₀(Z)，Y₁(Z)，……Y_M-1(Z)进行多相滤波，M路多相滤波器传递函数分别为其中D为内插因子，输入信号与输出信号对应关系：

(d)对多相滤波输出的M路信号Y’₀(Z)，Y’₁(Z)，……，Y’_M-1(Z)进行D倍内插，得到内插后M路信号Y″₀(Z)，Y″₁(Z)，……，Y″_M-1(Z)，输入信号与输出信号对应关系：

(e)对内插后M路信号Y″₀(Z)，Y″₁(Z)，……，Y″_M-1(Z)分别进行时延处理，其M路信号Y″₀(Z)，Y″₁(Z)，……，Y″_M-1(Z)对应的时延分别为Z^-0，Z^-1，……，Z^-(M-1)，得到M路时延后输出信号输入信号与输出信号对应关系：

(f)对时延后的M路信号进行叠加合成得到最终的输出信号Y(Z)，

2、当M＝2ⁿ时，M点复数DFT运算用M点FFT运算替代，n为正整数。

本发明的优势在于：本发明采用了符合SCA标准的软件化设计思路，全部LPI雷达信号产生软件化功能模块在FPGA内部实现，以全数字化方法实现了大瞬时带宽LPI雷达信号产生。满足SCA标准的软件化LPI雷达信号产生方法，在不同系统功能及技术指标改变的基础上，只需要更改PowerPC软件化波形建模即可在不掉电的情况下动态加载FPGA和DSP的可执行文件，适应不同系统需求。本发明具有符合软件通信体系构架标准、系统功能可重构性强的特点，并具有较强的通用性，适用于软件化雷达系统应用。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明的基带处理板卡+DRFM板卡结构示意图；

图3为本发明的流程图；

图4为本发明FPGA内部LPI雷达信号产生模块实现框图；

图5为本发明DRFM板卡输出中频300MHz的线性调频信号；

图6为本发明微波前端输出射频13.5GHz的线性调频信号。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-6，基于SCA的软件化LPI雷达信号产生装置包括：发射天线101、微波前端102、DRFM板卡103、基带处理板卡104、PowerPC板卡105、X86上位机系统106和CPCI母板107。其中，发射天线101、微波前端102、DRFM板卡103、基带处理板卡104、PowerPC板卡105、X86上位机系统106通过CPCI母板107进行数据通信、指令传达。

发射天线101覆盖频率范围为8-18GHz。

微波前端102为一通道发射微波前端，内部采用了超外差结构三次上变频。其中，第一级输入信号中频300MHz(带宽500MHz)与2.3GHz固定本振信号进行混频、滤波后得到2GHz信号(带宽500MHz)；第二级2GHz信号与10-16GHz的本振信号混频到8-18GHz信号(带宽500MHz)。

DRFM板卡103上的FPGA作为主要的数字处理单元，完成LPI雷达信号产生模块，输出中频300MHz信号给微波前端102。

基带处理板卡104上的DSP作为主要的数字处理单元，采用TI公司TMS320C6678D多核处理器，完成上位机指令的传达与FPGA参数的主控。

PowerPC板卡105采用了Freescale公司MPC8572双核处理器，用于信号处理和总线控制管理，PowerPC实时控制单元是SCA平台的控制核心，其上运行SCA操作环境。

X86上位机系统106主要实现人机交互界面，通过千兆以太网和PowerPC主控板通信，用于命令字和数据传输；同时运行SCA建模环境，负责LPI雷达信号产生系统的SCA建模、管理、调度、资源分配、波形部署和参数配置等。

CPCI母板107遵循64bit/33MHz CPCI总线规范，实现机箱内基带板卡间的数据传输等。

图2给出了本发明的基带处理板卡+DRFM板卡结构框图，LPI雷达信号产生相关信号处理主要在基带处理板卡+DRFM板卡上完成。

基带处理板卡主要包括了Xilinx公司的XC6VLX240T FPGA1和TI公司的TMS320C6678D多核DSP处理器，XC6VLX240T和TMS320C6678D之间采用RapidIO接口进行数据通信，采用GPIO接口实现信号控制；TMS320C6678D与外界的通信接口方式为PCIE接口；XC6VLX240T FPGA1与DRFM板卡FPGA2之间采用CPCI接口。

DRFM板卡主要包括了一片Xilinx Virtex-6FPGA2、两片DAC芯片AD9736、一个50MHz时钟晶振、一个时钟锁相环芯片AD9516。其中，FPGA2通过CPCI接口接收基带处理板卡输入的LPI雷达信号配置参数信息，在FPGA2内部完成LPI雷达信号产生模块，输出14bit数字信号及控制信号给DAC1和DAC2使其输出端口A和输出端口B分别输出两路模拟300MHz中频信号；一个CLOCK50MHz晶振为FPGA2提供参考时钟输入；FPGA2通过SPI接口去配置一个时钟锁相环芯片AD9516，使其提供一个1.2GHz的采样时钟给DAC1和DAC2，AD9516的参考时钟来自外部时钟输入SYS_CLK。

结合图3，一种基于SCA的软件化LPI雷达信号产生装置及方法，其LPI雷达信号产生方法的具体步骤如下：

步骤1：X86上位机系统对LPI雷达产生信号参数进行设置，将控制命令通过PowerPC板卡下发至DRFM板卡和基带处理板卡。其中，以线性调频信号为例，X86上位机系统进行参数设置时，发射参数包括了线性调频斜率、起始频率、脉冲宽度、脉冲重复周期等，微波前端控制参数包括了射频输出频率、最大输出功率等。

步骤2：DRFM板卡和基带处理板卡根据接收到的LPI雷达信号参数进行分解，由DSP将参数信息传送至FPGA1，再由FPGA1解串后传送至FPGA2中，完成LPI雷达信号产生模块的参数配置；

步骤3：根据配置的具体参数，在FPGA2中生成参数可配置的DDS模块，通过更改参数控制字使DDS模块输出满足X86上位机配置参数的中频信号数字量去驱动DRFM板卡上的DAC1和DAC2，从而输出LPI雷达中频300MHz模拟信号；

步骤4：根据X86上位机配置的射频参数去控制微波前端，将DRFM板卡输出的中频300MHz模拟信号经过微波前端后上变频至8-18GHz频段中设定的射频，并由发射天线将LPI雷达射频信号辐射出去。

结合图4，一种基于SCA的软件化LPI雷达信号产生装置及方法，其核心处理单元是利用了DRFM板卡上的FPGA2和基带处理板卡上的DSP，其中DSP作为主控CPU将X86上位机下达的参数分解后送到FPGA1中，并由FPGA1通过CPCI接口传至FPGA2中，在FPGA2中完成LPI雷达信号产生模块的数字化处理，具体处理过程如下：

步骤1：根据FPGA2接收到的配置参数信息，产生M路并行数字信号

步骤2：对产生的M路并行数字信号进行M点复数IDFT运算，其中当M＝2ⁿ(n为正整数)时，M点复数IDFT运算可以用M点IFFT运算替代，提高了运算速度；输入信号与输出信号对应关系：

步骤3：对M点复数DFT模块输出的M路信号Y₀(Z)，Y₁(Z)，……Y_M-1(Z)进行多相滤波，M路多相滤波器传递函数分别为其中D为内插因子，输入信号与输出信号对应关系：

步骤4：对多相滤波输出的M路信号Y’₀(Z)，Y’₁(Z)，……，Y’_M-1(Z)进行D倍内插，得到内插后M路信号Y″₀(Z)，Y″₁(Z)，……，Y″_M-1(Z)，输入信号与输出信号对应关系：

步骤5：对内插后M路信号Y″₀(Z)，Y″₁(Z)，……，Y″_M-1(Z)分别进行时延处理，其M路信号Y″₀(Z)，Y″₁(Z)，……，Y″_M-1(Z)对应的时延分别为Z^-0，Z^-1，……，Z^-(M-1)，得到M路时延后输出信号输入信号与输出信号对应关系：

步骤6：对时延后的M路信号进行叠加合成得到最终的输出信号Y(Z)_，

图5为本发明的DRFM板卡输出中频300MHz的线性调频信号，通过对X86上位机系统进行发射参数设置，可以对本发明中具体实施的内容进行测试，其中发射信号类型为线性调频信号，调制斜率为16MHz/us，起始频率为260MHz，脉冲宽度5us，脉冲重复周期200us；

图6为本发明的微波前端输出射频13.5GHz的线性调频信号，通过对X86上位机系统进行微波通道参数设置，可以对本发明中具体实施的内容进行测试，其中射频输出频率为13.5GHz，输出功率为-20dBm。

本发明突出了SCA的软件化设计思想，用户可以针对不同系统功能、参数要求的改变，提前完成底层功能软件的设计，在无需关机掉电的情况下即可实现不同系统功能之间的切换与加载，满足可重构系统功能的需求。