雷達信號處理 數(shù)字下變頻

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大俠好，今天由“82年的程序媛”本媛給大俠帶來產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗分享之雷達信號處理：數(shù)字下變頻，后續(xù)本媛還會繼續(xù)更新產(chǎn)品項目開發(fā)心得，學習心得等，歡迎大家持續(xù)關(guān)注，話不多說，上貨。

一、 概述

數(shù)字上下變頻是雷達系統(tǒng)中兩個重要的模塊。在雷達發(fā)送端，由于天線的長度有限會影響到電磁波的波長，而波長與信號的頻率成反比，故在發(fā)送端需要使用數(shù)字上變頻提高信號的頻率；而在雷達的接收端若不進行下變頻處理，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，需要使用信號頻率2倍的采樣率才能準確無誤的將信號還原出來，對AD采樣速率以及后續(xù)FPGA處理信號的速率要求非常高，不利于系統(tǒng)設計，故在接收機端先將射頻信號下變頻到中頻信號，再將中頻信號下變頻到零中頻信號，方便后續(xù)對信號的處理。

本次設計同樣是通過在simulink搭建模型并通過matlab仿真得到正確設計后生成IP核的形式來實現(xiàn)數(shù)字下變頻的功能。

二、?原理

數(shù)字下變頻的基本原理如下圖所示：

數(shù)字下變頻主要包括下混頻和濾波抽取兩部分，下面分別介紹：

1、?下混頻：

現(xiàn)實中，信號是一個實的窄帶信號，可表示為，如下表達式：

經(jīng)AD采樣后，變成數(shù)字信號：

通過混頻技術(shù)，可得到信號的正交變量，數(shù)字信號正交混頻可表示為：

頻率變換是一種常用的數(shù)字信號處理算法，對于1/4信號采樣率頻率變化，有一種簡單的實現(xiàn)方法，下面結(jié)合實例進行介紹：

首先，原始信號進入FPGA后，得到4路數(shù)據(jù)，分別用d0，d1，d2，d3表示，然后對信號進行下變頻。

這里采樣率fs=1.2GHz，本振頻率fc=300M，滿足fc=fs/4的關(guān)系，可以采用下面高效方式進行混頻的實現(xiàn)：

所以混頻可做如下簡化處理：

通過下混頻我們分別得到I路和Q路兩路實數(shù)據(jù)，分別表示如下：

將I路和Q路分別用I0，I1，I2，I3，和Q0，Q1，Q2，Q3來表示，I路混頻后得到如下序列：

I0 = d0*(1)；I1 = d1*(0)；I2 = d2*(-1)；I3 = d3*(0)

Q路混頻后得到如下序列：

Q0 = d0*(0)；Q1 = d1*(-1)；Q2 = d2*(0)；Q3 = d3*(1)

最后我們得到了2路300M的復數(shù)據(jù)即

I0*(1)，Q1*(-1)，I2*(-1)，Q3*(1)。

2、多相濾波

正交混頻后經(jīng)過低通濾波，濾除掉多余的頻率，避免抽取造成的頻譜混疊。這里將濾波和抽取同時進行。對于因果的FIR系統(tǒng)，其方程可簡化為：

其中M為濾波器系數(shù)的長度。如果采用多路并行處理，設N為FIR濾波并行的路數(shù)，則：

其中濾波采用并行濾波結(jié)構(gòu)，單路實現(xiàn)采用多相結(jié)構(gòu)，8路并行多相濾波結(jié)構(gòu)如下圖所示：

三、 實現(xiàn)

結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

其中din為輸入的8路有效數(shù)據(jù)，輸出為8路的dout。

模型搭建的框圖如下圖

然后對模型進行仿真，我們在matlab中生成一個中心頻率為500M，帶寬800M的chirp信號作為模型的輸入，輸入信號頻譜如下圖：

然后對輸入信號進行下變頻，其中采樣率為2G，輸入信號通過模型之后得到一個零中頻信號，中心頻率為0M，帶寬為800M，信號頻譜如下圖：

今天本媛就說到這里，后續(xù)繼續(xù)和大俠一起分享，歡迎關(guān)注“82年的程序媛”本媛，江湖偌大，繼續(xù)闖蕩，加油！