线性调频信号源的实现技术研究

时序仿真结果
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结果分析
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1 2 3 设计合理
线性调频信号源的实现技术研究
用QUARTUS II仿真的结果与 用Matlab仿真的结果一致。 硬件的调试结果与QUARTUS II 的时序仿真结果也一致。 所以本设计用ROM查表法设计的基于FPGA 的线性调频信号源可以产生数字信号。
答辩人：张雷
线性调频信号源的实现技术研究 答辩人：张雷
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线性调频信号(Liner Frequency Modulation，LFM）
线性调频(Chirp)信号是指频率随时间而线性改 变(增加或减少)的信号。 线性调频信号的主要应用：常 见的包括声纳、雷达、多普勒效应。 为了能够测量长距离又保留时 间的分辨率，雷达需要短时间的脉 冲波但 是又要持续的发射信号， 线性调频可以同时保留连续信号和 脉冲的特信，因此被应用在雷达和 声纳探测上。
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系统时钟
PIN_28 Cyclone EP1C6Q240C8
的仪 SignalTap II Logic Analyzer
1)用系统时钟产生频率为48MHz的方波信号，将所产生的信号接 入到实验箱上FPGA芯片的PIN_28处。 2)用QUARTUS II 内嵌的SignalTap II Logic Analyzer 观察产生的 线性调频信号。 3)用ROM存储Matlab产生的线性调频信号相位数据，并用逻辑分 析仪观察结果，进行观察与分析。
分频器模块
将输入的时钟作为计数器的计数脉冲， 计数结果的第N位是2的N次幂分频。 将相应的位数取出就可得到所要分的 频数。本设计采用3位二进制分频器， 将外部时钟频率进行八分频。
端口名 描述 输入型，待分 频的时钟 输入型，使能 控制端，高电平 有效 输出型，分频 后的时钟
GENERIC(DWIDTH:INTEGER:=3); PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; EN :IN STD_LOGIC; CLK_OUT : OUT STD_LOGIC); … PROCESS(CLK) BEGIN IF EN = '1' THEN IF CLK 'EVENT AND CLK = '1' THEN TEMP<=TEMP+'1'; …… CLK_OUT<=TEMP(DWIDTH - 1);
调试过程
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1.根据实验箱的说明分配输入输出管脚，将没 有用到的管脚设置为“As input tri-stated”， 并仔细检查是否分配正确。 2.分配完管脚、配置好元器件后进行综合编译， 产生.sof文件。 3.检查试验箱上各个元器件的链接是否正确， 若连接正确，就接通电源，打开试验箱的开关。 4.调信号源，使其产生fs=48MHz，并用示波 器验证输出信号是否正确。 5.将.sof文件下载到实验箱上。在此过程中，先 需要加载.sof文件，正确安装硬件，然后进行下 载。 6.将信号接入实验箱上分配的输入管脚。逐个 的检查测试点进行调试。若每个测试点的输出 正确，就调试后面的测试点，若输出不正确， 分析原因加以改正。 7.采用QUARTUS II中的逻辑分析仪SignalTap II LogicAnalyzer 观察运行结果，记录结果。
2013届电子信息工程-信处 毕业设计中期检查
线性调频信号源的实现技术研究
成员：xx 导 师：xx
目录 content
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选题意义 原理分析
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系统 软件设计
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FPGA的 设计仿真
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硬件调试 致谢
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线性调频信号源的实现技术研究
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答辩人：张雷
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非平稳信号在自然界和现实生活中广泛存在，
上世纪30 年代
单脉冲雷达 雷达技术产生
第二次世界大战期间 大量应用于军事而 广泛发展
随着我国现代无线 通信事业的发展， 雷达系统对线性调 频信号源提出了更 高的要求。
脉冲压缩雷达
相控阵雷达 …..等等
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目前，国内外对宽带线性调频信号的产生技 术和信号源的适用化研究方兴未艾。
模块
fsin_out
频 率 调 制 模 块
fcos_out DFF 模块 fs
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整体设计框图
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A/D转换数据存放模块
adder
clock
inst3 up counter
15 clk的上升沿触发时， ROM从MIF文件表 格中读一个数据， 当下一个clk的上升 沿到来时，ROM又 从MIF读下一个数 据…依次循环，读入 的数据移到输出的 数据q[15..0]，通过 输出端将事先准备 好的相位信号数据 传给后端设备。
直接数字合 成频率法 数字锁相频率合 成法 混合频率 合成法
主流 研究方法
设计难度大
开发周期长
精度不够
波形存储 直读法
国内：西安电子科技大学、国防科大、北京理工大学、南京理 工大学、电子部10所、14所、29所等国内研究所机构 正在从事宽带线性调频信号产生的研究。 国外：在上世界九十年代已在宽带雷达中应用了很多种宽 带线性调频信号源，国内也有不少单位在进行类似信号源的研制。
载波

调制
调制 信号
增加发射信号带宽
对接收信号脉冲压缩
已调 波
LFM
线性调频信号（Linear Frequency Modulation)
一种典型的非平稳信号，在通信、军事、气象、地质 勘测和生物医学等众多领域得到广泛应用和发展
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历史
研究背景
发展概况
五十至七十年 代
q[8..0]
address[8..0]
sin_rom
16 bits 512 words
q[15..0]
clock
inst2 Block type: AUTO
功能介绍
端口名 address[8..0] clock
q[15..0]
描述 地址输入，宽度为9 输入时钟，用于地址 锁存 输出数据，宽度为16
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基于FPGA的设计框图
fs
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CLK_out 系统使 能模块 en
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将Matlab编程产生的信号的A/D转换数据存放在ROM中。
NCO 模 块
分 频 器 模 块
系统工作，即en =1时，ROM给系统提供相位数据。
en 计数器 ROM_AD
与 门
触发器模块DFF触发，fsin_out,DFF fcos_out 的值赋给DFF， fs 将接收到的信号的数据进行 频率调制 输出
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线性调频信号(Liner Frequency Modulation，LFM）
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线性调频信号源设计方法仿真框图
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线 性 调 频 信 号
取出信号 实部
画出线性 调频信号 的时域图 输出 画出线性 调频信号 的频谱图
快速傅里 叶运算
MATLAB仿真波形及结果
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f0=2MHz，T=10µs， ，T=10µs， f0=2MHz B=3MHz的 LFM 信号 B=30MHz 的 LFM 信号
设计步骤： 1)启动NCO IP core 产生工具，由 菜单tools >MegaWizard Plug2InManager > Signal Processing > SignalGeneration, 选择NCO v9. 0即可。
系统的功能及时序仿真
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调试方案
QUARTUS II 内嵌
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2014届电子信息工程 毕业设计答辩
恳请各位老师指正。 谢谢！
完
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clk en
clk_out
NCO模块
my_nco2 phi_inc_i[15..0] fsin_o[9..0] clk fcos_o[9..0] reset_n out_valid clken inst1
17 2) 参数选择，比如选择基于查找表 的NCO，累加器精度为32位，时钟 频100MHz。 3) 利用该NCO IP核工具自动生成 硬件描述语言Verilog程序；生成的 Verilog语言程序是对NCO的硬件 描述。 4)对该NCO 的电路进行前(功能)仿 真, 以便观察是否符合要求，避免下 载后出现问题再回到前端调试造成 的麻烦。