雷达信号处理实验报告_课程设计
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图 6-5 数据锁存器 数据产生模块 :连接地址计数器、波形存储模块、数据锁存器，之后数据锁存器 的后面连接实验板的 DAC就能得到我们需要的中频信号 LFM。
图 6-6 数据产生模块整体图
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（ 3） AD 采样与锁存 通过试验箱自带的 ADC，将 DAC输出的信号进行采样， AD 数据采集进来，
图 6-15 时钟配置模块 PLL
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（ 10）脉冲压缩 对信号匹配滤波进行脉冲压缩。 Matlab 代码如下： %----------------脉冲压缩 PC_FILTER = conj(lfm); PCOUT=conv(lfm,PC_FILTER); Fig=figure; plot(real(PCOUT)) Fig=figure; plot(imag(PCOUT)) SHOW=abs(PCOUT); SHOW=SHOW./max(SHOW);
电子科技大学
雷达信号产生与处理实验课程设计
课程名称 : 雷达信号产生与处理的设计与验证 指导老师：姒强
小组成员： 学院：信息与通信工程学院
一、实验项目名称： 雷达信号产生与处理的设计与验证课程设计 二、实验目的：
1. 熟悉 QuartusII 的开发、调试、测试 2. LFM中频信号产生与接收的实现 3. LFM脉冲压缩处理的实现
图 8-4 脉冲压缩结果
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在 FPGA上调试输出结果如下图所示。
FPGA产生信号图之一 此图是在 SignalTap II上实时输出的数据，分别是 I 路信号、 Q 路信号、经过 低通滤波器的 I 路信号、经过低通滤波器的 Q 路信号。
FPGA产生的信号图之二 此图显示的数据分别为最终的脉冲压缩信号、经过匹配滤波器输出的 号以及经过加法和平方之后的数据输出，输出都符合设计要求。
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图 6-4 地址计数器模块 波形存储模块： 通过 matlab 生成 LFM 的波形数据数据， 并把 matlab 生成的数据 储存到波形储存模块中，即 matlab 生成的 .MIF 文件。
图 6-4 波形存储模块 数据锁存器：起到缓存作用，对从波形模块中提取的数据起暂时存储的作用。
图 6-9 I、Q 路信号生成整体模块
（ 5）低通滤波器 低通滤波器将 I、Q 路的和频分量即高频分量滤除，保留差频分量，以获得基带 信号。
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（ 6）六倍抽取模块 信号再经过六倍抽取
图 6-10 低通滤波器模块
图 6-11 六倍抽取模块
（ 7）实现匹配滤波器的卷积 FIR滤波器模块 I、Q 路进行匹配滤波
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三、实验内容：
1.输出一路中频 LFM 信号： T=24us，B=5MHz，f0=30MHz 2.构造中频数字接收机（ DDC）对上述信号接收 3.输出接收机的基带 LFM 信号，采样率 7.5MHz 4.输出脉冲压缩结果
四、实验要求：
1.波形产生 DAC时钟自行确定 2.接收机 ADC采样时钟自行确定 3.波形产生方案及相应参数自行确定 4.接收机方案及相应参数自行确定
通过一个数据锁存器，使得数据在一个时钟来之前得到缓存。
图 6-7 AD 采样模块 (4) I,Q 路信号生成 NCO存储模块：运用 matlab 生成正弦和余弦信号数据，并存储在该模块里面
图 6-8 NCO存储模块 I、Q 路信号生成整体模块：通过正弦、余弦数据和 AD 采样的数据相乘，分别得 到 I、 Q 两路信号。
七、实验步骤：
1、 FPGA程序设计 2、 FPGA程序时序仿真 3、 FPGA程序下载、测试 (SignalTapII在线逻辑分析 )
八、实验数据及结果分析：
Matlab 仿真输出如下图 8-1 到 8-4 所示。
图 8-1 LFM原始波形
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图 8-2 LFM信号频谱
图 8-3 LFM信号量化波形
五、实验环境、工具：
MATLAB软件、 QuartusII 软件、软件仿真、计算机
六、实验原理：
方案总框图：
DAC
ADC
I
×cos 低通滤波器 抽取
NCO
sin
×
低通滤波器 抽取
Q
脉冲压缩
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（ 1） matlab 产生 LFM 信号
系统顶层模块图
LFM 信号要求为 T=24us，B=5MHz， f0 =30MHz。选择采样率为 45MHz。 产生 LFM 的 matlab 代码如下： MHz=1e+6; us=1e-6; %-------------------------波形参数 ----------------------------fs=45*MHz; f0=30*MHz; B=5*MHz; T=24*us; Tb=72*us; SupN=fs/7.5/MHz; %-------------------------波形计算 ----------------------------K=B/T; Ts=1/fs; tsam=0:Ts:T; LFM=sin((2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .^2)); LFM=[zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(1,Tb/Ts)]; N=length(LFM); Fig=figure; x_axis=(1:N)*Ts/us; plot(x_axis,real(LFM),'r'); title('LFM 原始波形 ');xlabel('时间 (us)'); ylabel('归一化幅度 '); zoom xon; grid on; axis([min(x_axis) max(x_axis) -1.1 1.1]); 编写 matlab 程序将中频 LFM 信号画出来
图 6-12 实现匹配滤波器的卷积 FIR滤波器模块
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（ 8）运算模块
通过平方运算、加法运算和开方运算得到最后的脉冲压缩输出，脉冲压缩计算过程如下图
图 6-13 实现运算过程框图
图 6-14 运算各模块 （ 9）时钟配置
利用 QUARTUS自带的免费 IP 核，配置我们需要的时钟。系统输入的时钟为 10MHZ，通过配置各个模块所需的时钟与系统时钟比例， DAC为 6:1，ADC和 NCO 为 9:2，匹配滤波器为 3:4,所以 DAC时钟是 60MHz,ADC和 NCO时钟是 45MHz,匹 配滤波器是 7.5MHz。
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图 6-1 LFM信号原始波形 通过 matlab 将 LFM 原始波形量化成 12 位的数据，并生成保存为后缀 .MIF 的文 件。
Байду номын сангаас
图 6-2 LFM信号量化波形 （ 2）中频 LFM 信号产生过程
图 6-3 信号产生过程 地址计数器模块： 通过输入时钟， 地址自动加一， 把波形存储模块中的数据进行 寻址。
I、 Q 路信
九、总结及心得体会：
通过本次课程设计，了解了 QuartusII 的开发、调试、测试，并明白了 LFM 信号的数字实现和仿真，实现了 LFM 中频信号产生与接收。掌握了数据率变换 的原理，掌握了模块 PRF产生器，地址产生器， 波形数据库， 数据锁存器， FIR_LPF 模块的原理应用。 掌握了加法器， 平方器和开方器的应用， 模块的连接及相关引 脚的设置都需要认真的设置，否则都会对实验结果产生影响。
图 6-6 数据产生模块整体图
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（ 3） AD 采样与锁存 通过试验箱自带的 ADC，将 DAC输出的信号进行采样， AD 数据采集进来，
图 6-15 时钟配置模块 PLL
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（ 10）脉冲压缩 对信号匹配滤波进行脉冲压缩。 Matlab 代码如下： %----------------脉冲压缩 PC_FILTER = conj(lfm); PCOUT=conv(lfm,PC_FILTER); Fig=figure; plot(real(PCOUT)) Fig=figure; plot(imag(PCOUT)) SHOW=abs(PCOUT); SHOW=SHOW./max(SHOW);
电子科技大学
雷达信号产生与处理实验课程设计
课程名称 : 雷达信号产生与处理的设计与验证 指导老师：姒强
小组成员： 学院：信息与通信工程学院
一、实验项目名称： 雷达信号产生与处理的设计与验证课程设计 二、实验目的：
1. 熟悉 QuartusII 的开发、调试、测试 2. LFM中频信号产生与接收的实现 3. LFM脉冲压缩处理的实现
图 8-4 脉冲压缩结果
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在 FPGA上调试输出结果如下图所示。
FPGA产生信号图之一 此图是在 SignalTap II上实时输出的数据，分别是 I 路信号、 Q 路信号、经过 低通滤波器的 I 路信号、经过低通滤波器的 Q 路信号。
FPGA产生的信号图之二 此图显示的数据分别为最终的脉冲压缩信号、经过匹配滤波器输出的 号以及经过加法和平方之后的数据输出，输出都符合设计要求。
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图 6-4 地址计数器模块 波形存储模块： 通过 matlab 生成 LFM 的波形数据数据， 并把 matlab 生成的数据 储存到波形储存模块中，即 matlab 生成的 .MIF 文件。
图 6-4 波形存储模块 数据锁存器：起到缓存作用，对从波形模块中提取的数据起暂时存储的作用。
图 6-9 I、Q 路信号生成整体模块
（ 5）低通滤波器 低通滤波器将 I、Q 路的和频分量即高频分量滤除，保留差频分量，以获得基带 信号。
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（ 6）六倍抽取模块 信号再经过六倍抽取
图 6-10 低通滤波器模块
图 6-11 六倍抽取模块
（ 7）实现匹配滤波器的卷积 FIR滤波器模块 I、Q 路进行匹配滤波
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三、实验内容：
1.输出一路中频 LFM 信号： T=24us，B=5MHz，f0=30MHz 2.构造中频数字接收机（ DDC）对上述信号接收 3.输出接收机的基带 LFM 信号，采样率 7.5MHz 4.输出脉冲压缩结果
四、实验要求：
1.波形产生 DAC时钟自行确定 2.接收机 ADC采样时钟自行确定 3.波形产生方案及相应参数自行确定 4.接收机方案及相应参数自行确定
通过一个数据锁存器，使得数据在一个时钟来之前得到缓存。
图 6-7 AD 采样模块 (4) I,Q 路信号生成 NCO存储模块：运用 matlab 生成正弦和余弦信号数据，并存储在该模块里面
图 6-8 NCO存储模块 I、Q 路信号生成整体模块：通过正弦、余弦数据和 AD 采样的数据相乘，分别得 到 I、 Q 两路信号。
七、实验步骤：
1、 FPGA程序设计 2、 FPGA程序时序仿真 3、 FPGA程序下载、测试 (SignalTapII在线逻辑分析 )
八、实验数据及结果分析：
Matlab 仿真输出如下图 8-1 到 8-4 所示。
图 8-1 LFM原始波形
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图 8-2 LFM信号频谱
图 8-3 LFM信号量化波形
五、实验环境、工具：
MATLAB软件、 QuartusII 软件、软件仿真、计算机
六、实验原理：
方案总框图：
DAC
ADC
I
×cos 低通滤波器 抽取
NCO
sin
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低通滤波器 抽取
Q
脉冲压缩
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（ 1） matlab 产生 LFM 信号
系统顶层模块图
LFM 信号要求为 T=24us，B=5MHz， f0 =30MHz。选择采样率为 45MHz。 产生 LFM 的 matlab 代码如下： MHz=1e+6; us=1e-6; %-------------------------波形参数 ----------------------------fs=45*MHz; f0=30*MHz; B=5*MHz; T=24*us; Tb=72*us; SupN=fs/7.5/MHz; %-------------------------波形计算 ----------------------------K=B/T; Ts=1/fs; tsam=0:Ts:T; LFM=sin((2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .^2)); LFM=[zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(1,Tb/Ts)]; N=length(LFM); Fig=figure; x_axis=(1:N)*Ts/us; plot(x_axis,real(LFM),'r'); title('LFM 原始波形 ');xlabel('时间 (us)'); ylabel('归一化幅度 '); zoom xon; grid on; axis([min(x_axis) max(x_axis) -1.1 1.1]); 编写 matlab 程序将中频 LFM 信号画出来
图 6-12 实现匹配滤波器的卷积 FIR滤波器模块
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（ 8）运算模块
通过平方运算、加法运算和开方运算得到最后的脉冲压缩输出，脉冲压缩计算过程如下图
图 6-13 实现运算过程框图
图 6-14 运算各模块 （ 9）时钟配置
利用 QUARTUS自带的免费 IP 核，配置我们需要的时钟。系统输入的时钟为 10MHZ，通过配置各个模块所需的时钟与系统时钟比例， DAC为 6:1，ADC和 NCO 为 9:2，匹配滤波器为 3:4,所以 DAC时钟是 60MHz,ADC和 NCO时钟是 45MHz,匹 配滤波器是 7.5MHz。
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图 6-1 LFM信号原始波形 通过 matlab 将 LFM 原始波形量化成 12 位的数据，并生成保存为后缀 .MIF 的文 件。
Байду номын сангаас
图 6-2 LFM信号量化波形 （ 2）中频 LFM 信号产生过程
图 6-3 信号产生过程 地址计数器模块： 通过输入时钟， 地址自动加一， 把波形存储模块中的数据进行 寻址。
I、 Q 路信
九、总结及心得体会：
通过本次课程设计，了解了 QuartusII 的开发、调试、测试，并明白了 LFM 信号的数字实现和仿真，实现了 LFM 中频信号产生与接收。掌握了数据率变换 的原理，掌握了模块 PRF产生器，地址产生器， 波形数据库， 数据锁存器， FIR_LPF 模块的原理应用。 掌握了加法器， 平方器和开方器的应用， 模块的连接及相关引 脚的设置都需要认真的设置，否则都会对实验结果产生影响。