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基于DSP DUC的短波阵列信号发生器
来源:  作者:本站

一、引言

阵列信号处理作为数字信号处理领域的一个重要分支,广泛应用于雷达、声纳、通信、地震勘探和医用成像等众多领域;短波频段则常用于短波测向和波束合成技术。

在短波频段,阵列信号处理设备通常包括短波天线阵、短波多波道接收机、后端阵列信号处理机3个主要组成部分。其中,短波天线阵接收空间短波信号,短波接收机对HF信号作模拟下变频,阵列信号处理机则对短波多波道接收机输出信号作数字采样并进行相应的阵列信号处理算法,给出最终运算结果。

短波天线阵由于短波频段的限制,通常天线单元的体积比较大,天线阵的孔径也比较大,占地往往近十亩;而且为了达到比较好的接收效果,短波天线阵对周边电磁环境的要求也相当高。这都给短波阵列信号处理机研制过程中的调试和试验带来了极大的不便,同时也很不利于阵列信号处理机针对不同阵列流型短波信号的各种DSP算法研究和验证。

针对短波阵列信号处理设备研制、调试的实际情况,笔者选用数字信号处理器芯片(DSP)和数字上变频器芯片(DigitalUpConverter,DUC)设计了一个模拟短波天线阵输出信号的阵列信号发生器,可以在实验室环境下取代短波天线阵,产生各种不同阵列流型相对应的短波阵列信号,提供阵列信号处理机DSP算法的调试和验证条件。

二、设计思路

按照设计构想,本阵列信号发生器应该能够灵活地产生对应不同阵列形式(携带有不同阵列形式对应的幅度差和相位差)、基本覆盖1~30MHz频段范围的短波阵列信号。

如果采用传统的模拟上变频电路实现射频输出,很难满足设计构想,因此笔者采用软件无线电的思想,选用了数字上变频器(DUC),在数字域作上变频,然后通过D/A变换产生短波高频模拟信号。为了实现不同阵列形式所带来的幅度差和相位差,笔者选用了DSP芯片,在数字域对多个信号加入不同的幅度及相位差。

如图1所示,阵列信号发生器的总体设计思路为:以DSP和DUC为核心,利用外部音频信号输入的A/D采样数据作为调制信号数据,由DSP对预制的载波信号(较低频率)作数字调制运算,并根据可选的不同阵列流型对已调数字信号分别加上9个不同的幅度差和相位差后,经FPGA分别送到9个DUC中,经数字上变频及D/A变换后输出9路短波阵列信号。

在设计中由于实际的音频调制信号要经过DSP芯片的数字调制运算,再分配到9个DUC中,因此使用一个大规模的FPGA逻辑芯片作为DSP芯片和9个DUC芯片之间的数据交换接口。
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