具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法及生成装置与流程

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及雷达信号处理技术领域，具体是指一种具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法及生成装置。

背景技术：

线性调频信号(lfm)可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，作为一种常用的脉冲压缩信号，已广泛应用于高分辨率雷达领域。线性调频信号(lfm)的数学表达式为：

式中，fo为中心频率，k＝b/t，为线性调频变化率；b为信号带宽，t为脉冲宽度。

直接数字频率合成(dds)技术是获取lfm信号的常用方法。其传统的生成方法是对相位(地址)进行二次累加后再查表。

对于lfm信号而言，dds的输入控制字一般有起始频率控制字fcw，调频斜率控制字kcw，脉宽控制字tcw，它们的计算公式如下：

tcw＝tgfclk(4)

其中fclk为累加器的时钟频率，n为累加器位宽。

但二次累加会引入一个无关的一次项相位，显然，由此导致的结果是实际输出的lfm信号参数与预设的信号参数不符合。

因此如何提供一种相位补偿方法，使实际输出的lfm信号参数与预设的信号参数相符合，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法及生成装置。

为了实现上述的目的，本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法包括直接数字频率合成步骤和信号数模转换步骤。

所述的直接数字频率合成步骤包括：

根据预设值对初始信号相位进行一次项累加，产生一次项相位；

根据预设值对所述的一次项相位进行二次项累加并进行二次项相位补偿，产生二次项相位；

根据所述的二次项相位查找表产生数字信号；

所述的信号数模转换步骤包括：

所述的数字信号经过数模转换生成宽带线性调频信号。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法，还包括多路直接数字频率合成步骤，该多路直接数字频率合成步骤包括多路所述的直接数字频率合成步骤；

该方法还包括：在所述的多路直接数字频率合成步骤之前的时序控制步骤，

所述的时序控制步骤包括：

根据所述的预设值，确定所述的多路直接数字频率合成步骤的各路的一次项累加初始值和二次项累加初始值；

所述的信号数模转换步骤包括：

将所述的多路直接数字频率合成步骤的各路数字信号经过高速数模转换合成宽带线性调频信号。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法中，所述的预设值包括起始频率控制字fcw、调频斜率控制字kcw和脉宽控制字tcw，所述的一次项累加初始值为相位累加初始值，所述的二次项累加初始值为相位增量累加初始值。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法中，所述的多路直接数字频率合成步骤为16路直接数字频率合成步骤，各路的一次项累加初始值由起始频率控制字fcw移位或倍数凑配相加获得，各路的二次项累加初始值由调频斜率控制字kcw移位或倍数凑配相加获得。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法中，所述的二次项相位补偿为以步进2×16²×kcw为基础对各路进行相位补偿。

本发明还提供一种具有相位补偿的宽带线性调频信号生成装置，该装置包括：直接数字频率合成模块和信号数模转换模块。

所述的直接数字频率合成模块包括：地址发生器和查找表单元，

其中，所述的地址发生器用以根据预设值对初始信号相位进行一次项累加，产生一次项相位；并根据预设值对所述的一次项相位进行二次项累加并进行二次项相位补偿，产生二次项相位；

所述的查找表单元用以根据所述的二次项相位查找表产生数字信号；

所述的信号数模转换模块用以将所述的数字信号生成宽带线性调频信号。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成装置还包括多路所述的直接数字频率合成模块，以及在多路所述的直接数字频率合成模块之前的时序控制模块，

所述的时序控制模块用以根据所述的预设值，确定所述的多路直接数字频率合成步骤的各路的一次项累加初始值和二次项累加初始值；

所述的信号数模转换模块用以将多路所述的直接数字频率合成模块的各路数字信号经过高速数模转换合成宽带线性调频信号。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成装置中，所述的预设值包括起始频率控制字fcw、调频斜率控制字kcw和脉宽控制字tcw，所述的一次项累加初始值为相位累加初始值，所述的二次项累加初始值为相位增量累加初始值。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成装置中，多路直接数字频率合成装置包括16路所述的直接数字频率合成装置，各路的一次项累加初始值由起始频率控制字fcw移位或倍数凑配相加获得，各路的二次项累加初始值由调频斜率控制字kcw移位或倍数凑配相加获得。

该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成装置中，所述的二次项相位补偿为以步进2×16²×kcw为基础对各路进行相位补偿。

采用了该发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法及生成装置，其在直接数字频率合成过程中，进行二次项相位补偿，产生二次项相位；从而可以消除二次累加所引入的一次项相位，实际输出的lfm信号参数与预设的信号参数相符合，保证lfm信号后续应用的准确性。且本发明的实现方法简便，应用范围也较为广泛。

附图说明

图1为本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法的流程示意图。

图2为本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法及生成装置的多路并行dds结构图。

图3为利用本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法生成的实际信号与理论值对比图。

图4为利用本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法生成的实际信号与理论值对比图。

图5为利用本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法生成的实际信号与理论值对比图。

图6为利用本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法生成的实际信号与理论值对比图。

图7为利用modelsim进行功能仿真的信号a输出信号部分实、虚部仿真结果示意图。

图8为将信号a的实际信号与理论值对比图。

图9为信号a添加1.8ghz中频后分为信号a’的频谱结果图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法的流程示意图。

在一种实施方式中，该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法包括：直接数字频率合成步骤和信号数模转换步骤。

所述的直接数字频率合成步骤包括：

根据预设值对初始信号相位进行一次项累加，产生一次项相位；

根据预设值对所述的一次项相位进行二次项累加并进行二次项相位补偿，产生二次项相位；

根据所述的二次项相位查找表产生数字信号；

所述的信号数模转换步骤包括：

所述的数字信号经过数模转换生成宽带线性调频信号。

本发明还提供实现上述方法的装置，该装置包括直接数字频率合成模块和信号数模转换模块。

所述的直接数字频率合成模块包括：地址发生器和查找表单元，

其中，所述的地址发生器用以根据预设值对初始信号相位进行一次项累加，产生一次项相位；并根据预设值对所述的一次项相位进行二次项累加并进行二次项相位补偿，产生二次项相位；

所述的查找表单元用以根据所述的二次项相位查找表产生数字信号；

所述的信号数模转换模块用以将所述的数字信号生成宽带线性调频信号。

在优选的实施方式中，该具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法包括多路直接数字频率合成步骤，该多路直接数字频率合成步骤包括多路所述的直接数字频率合成步骤。

该方法还包括：在所述的多路直接数字频率合成步骤之前的时序控制步骤，

所述的时序控制步骤包括：

根据所述的预设值，确定所述的多路直接数字频率合成步骤的各路的一次项累加初始值和二次项累加初始值；

所述的信号数模转换步骤包括：

将所述的多路直接数字频率合成步骤的各路数字信号经过高速数模转换合成宽带线性调频信号。

在用以实现上述优选实施方式的方法的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成装置中，如图2所示，包括多路所述的直接数字频率合成模块；

该装置还包括：在多路所述的直接数字频率合成模块之前的时序控制模块，

所述的时序控制模块用以根据所述的预设值，确定所述的多路直接数字频率合成步骤的各路的一次项累加初始值和二次项累加初始值；

所述的信号数模转换模块用以将多路所述的直接数字频率合成模块的各路数字信号经过高速数模转换合成宽带线性调频信号。

在更优选的实施方式中，所述的预设值包括起始频率控制字fcw、调频斜率控制字kcw和脉宽控制字tcw，所述的一次项累加初始值为相位累加初始值，所述的二次项累加初始值为相位增量累加初始值。所述的多路直接数字频率合成步骤为16路直接数字频率合成步骤。相应的，多路直接数字频率合成装置包括16路所述的直接数字频率合成装置。各路的一次项累加初始值由起始频率控制字fcw移位或倍数凑配相加获得，各路的二次项累加初始值由调频斜率控制字kcw移位或倍数凑配相加获得。所述的二次项相位补偿为以步进2×16²×kcw为基础对各路进行相位补偿。

在实际应用中，考虑到fpga的工作频率较低(通常为100mhz～300mhz)，当采用dds技术生成宽带lfm信号(带宽一般大于500mhz)时，需利用多路并行处理的方法来实现，其结构框图如图2所示。多路并行处理需要设置两组初始值，一组是相位累加初始值(一次项初始值)，另一组是相位增量累加初始值(二次项初始值)。以16路为例，那么这两组初始值相当于两个16维的初始向量，每个初始向量都必须按一定规律设置以保证这16路信号合并后相位连续。16路信号的相位规律由下表1示出。

表116路信号的相位规律

相位累加与补偿问题是本发明的关键所在。由上表1可知，对每一路而言，一次项累加的步进为16fcw，这可以通过将fcw左移4位再累加来实现。当步进为1时，二次累加在n时刻的累加量为而当步进为2×16²×kcw时，二次累加在n时刻的累加量为与表1中的n时刻的二次项相位(即二次累加量)对比可知，欲得到表1中的二次相位，就必须在以步进为2×16²×kcw的基础上对每路信号进行相位补偿。具体补偿方式下表2所示：

表2二次项相位补偿规律

可见，除了第8路外，其他每一路都需要补偿一个特定的相位，且该相位呈现出一定规律。

根据预设的控制字生成lfm信号，将modelsim仿真数据读出，经matlab将16路信号进行并串转换成1路，并与理论值比较，结果如图3至图6所示。

其中，图3为：载频0，带宽20m，脉宽2us；

图4为：载频0m，带宽100m，时宽2us；

图5为：载频600m，带宽100m，脉宽2us；

图6为：载频0m，带宽20m，脉宽10us。

上述结果显示，最终输出的lfm信号参数与预设的信号参数相符合，也与理论值基本一致，证明了相位补偿方法的有效性和可行性。

实际应用中，硬件平台为:sjtu-drfm-sx600系列数字储频模块，其中fpga的工作时钟速率为150mhz，dac芯片的采样时钟为2.4ghz，采用16路并行dds。

假设lfm信号参数为信号a：载频1.8ghz，带宽500mhz，脉宽2us。具体实施方式如下：

(1)求算各参数所对应的控制字

将信号a的参数分别带入式(2)～(4)可得各参数控制字如下：

fcw＝a5555555(h)，kcw＝16c17(h)，tcw＝12c(h)。

(2)求一次项、二次项初项

根据表1的相位规律，可知16路信号的一次项初相分别为0，fcw，…，15fcw。其中2fcw，4fcw，8fcw可通过将fcw分别左移1，2，3位获得，其他的倍数可由已知的倍数凑配相加间接得到，相加时以延时最小为原则。16路信号的二次项初相分别为0，kcw，4kcw，…，15²gkcw，同样可以通过kcw移位和倍数凑配相加的方式得到。

(3)相位累加与补偿

由表1可知，对每一路而言，一次项累加的步进为16fcw，这可以通过将fcw左移4位再累加来实现。当步进为1时，二次累加在n时刻的累加量为而当步进为2×16²×kcw时，二次累加在n时刻的累加量为与表1中的n时刻的二次项相位(即二次累加量)对比可知，欲得到表1中的二次相位，就必须在以步进为2×16²×kcw的基础上对每路信号进行相位补偿。具体补偿方式见表2。

(4)仿真结果

经顶层编译、综合后利用modelsim进行功能仿真，信号a输出信号的部分实、虚部结果如图7所示。

将modelsim仿真数据读出，经matlab将16路并串转换成1路，并与理论值模型比较，结果如图8所示。由图8可知，最终输出的lfm信号参数与预设的信号参数相符合，也与理论值基本一致。

(5)工程实现

假设信号a添加1.8ghz中频后分为信号a’，则根据式(1)～(4)，中频信号a’各参数控制字如下：

fcw＝a5555555(h)，kcw＝16c17(h)，tcw＝12c(h)。

最终实现的频谱结果图9所示。信号a’：中频1.8ghz，带宽500mhz。

由图9所示结果可知，该方法实现了输出高中频和大瞬时带宽的lfm信号，并且与预设信号参数相符合，证明了相位补偿方法在宽带lfm信号生成中的有效性和可行性。

采用了该发明的具有相位补偿的宽带线性调频信号生成方法及生成装置，其在直接数字频率合成过程中，进行二次项相位补偿，产生二次项相位；从而可以消除二次累加所引入的一次项相位，实际输出的lfm信号参数与预设的信号参数相符合，保证lfm信号后续应用的准确性。且本发明的实现方法简便，应用范围也较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。