多波形雷達回波中頻模擬器設計

根據隨機信號理論，對均勻分布的隨機數進行白化處理，可實現具有良好統計特性的高斯白噪聲。系統首先采用2個獨立的m序列發生器產生[0，1]區間上均勻分布的偽隨機數，m序列發生器的硬件結構如圖6所示，其中Co和Cn為對應m序列多項式的系數，取值為0和1。
然后將產生的一對偽隨機數通過Box_Muller變換可以得到一對相互獨立的符合標準正態分布的偽隨機數m和n，正好作為噪聲產生器的同相分量和正交分量。Box_Muller變換公式為：

式中：x，y即為前述2個互相獨立的在(0，1)上均勻分布的偽隨機數。
由于Box_Muller變換需要用到兩個非線性函數和cos 2πy，而非線性運算很難在實際數字電路系統中實現，故實際中需要構建相應查找表實現非線性運算，分別記作sqrt_lut和sincos_lut。設sqrt_lut和sincos_Iut的輸出量化數據長度為L1和L2位，獨立變量m和n的定點長度分別為N1和N2位。則當采用均勻量化方案時，sqrt_lut和sincos_lut所需的存儲空間分別為2N1×L1和2N2×L2。可以看出，如果直接實現查找表功能，當N1和N2較大時，對應的存儲空間是相當可觀的。
為了壓縮存儲空間，對sincos_lut，可以只存儲第一象限的正余弦值。其他象限則通過符號調整得到，這樣可以將sincos_lut占用存儲空間減少到原來的1／4。更進一步，還可以對非線性曲線進行分段折線近似，在實際查找表中只存儲各折線段的起始位置及對應斜率。也可以大幅度減少所需查找表的數量，該策略同樣適用于sqrt_lut查找表。
得到一對相互獨立的符合標準正態分布變量m和n后，還要對其進行低通濾波，以適應對應的信號帶寬。由于I路與Q路的濾波特性完全相同，為進一步節省資源，可采用一個支持雙通道操作的濾波器同時完成I路與Q路的濾波。這可以通過ISE集成開發環境中Core Generator中的FIR IP核來方便實現。濾波器系統可由上位機根據所需帶寬，傳遞相應系數給DSP，繼而傳遞給FPGA。
噪聲功率調整模塊可根據設定信噪比的不同，乘以相應系數，對產生的帶限高斯白噪聲幅度進行調整。

4 結論
本系統基于自主產生的原理，選用DSP和FPGA為核心處理器，通過合理的算法設計，實現了可兼容多種雷達波形的中頻雷達回波模擬器的設計，采用改進的基于存儲轉發的數字脈沖延時方法，在達到8 ns的最小延時步長的同時，降低了對系統的硬件要求。系統的另一個關鍵模塊是數字噪聲發生器，其參數可以進行實時修改，極大地提高了噪聲發生器的靈活性，與其他同類型設計相比，具有工作速度快，資源利用率高，硬件結構簡單等特點。最后采用DDS、數字正交上變頻等器件，實現了精確的復雜頻率調制、相位調制和幅度調制，保證了系統的靈活性、高兼容性和集成化程度。