一种随机截断线性调频连续波信号的生成系统及方法
阅读说明：本技术 一种随机截断线性调频连续波信号的生成系统及方法 (Generation system and method for random truncation linear frequency modulation continuous wave signal ) 是由 李永丽 张佳琪 杨润峰 张凤梅 张振华 于勇 于 2019-08-06 设计创作，主要内容包括：一种随机截断线性调频连续波信号的生成系统及方法,系统包括：m序列码产生模块、截断脉冲产生模块、线性调频连续波信号产生模块、时序调整模块和DAC数模转换模块。生成步骤包括：1)生成m序列码；2)根据m序列码的码元值,生成随机截断脉冲和截断脉冲使能；3)根据外部输入的线性调频信号和截断脉冲使能,生成线性调频连续波信号；4)将线性调频连续波信号与随机截断脉冲叠加,生成随机截断线性调频连续波信号。本发明方法码元数可灵活多变、信号形式复杂抗干扰能力强、设计模块化有利于系统集成、信号占空比较大有利于提高远距离探测性能。(a generation system and method of random truncation chirp continuous wave signals, the system comprising: the device comprises an m-sequence code generation module, a truncation pulse generation module, a linear frequency modulation continuous wave signal generation module, a time sequence adjustment module and a DAC (digital-to-analog converter) module. The generating step comprises: 1) generating an m-sequence code; 2) generating random truncation pulse and truncation pulse enable according to the code element value of the m-sequence code; 3) generating a linear frequency modulation continuous wave signal according to an externally input linear frequency modulation signal and a truncation pulse enable; 4) and superposing the linear frequency modulation continuous wave signal and the random truncation pulse to generate a random truncation linear frequency modulation continuous wave signal. The method has the advantages of flexible and variable code element number, complex signal form, strong anti-interference capability, modular design, contribution to system integration and contribution to improving the remote detection performance due to large signal duty ratio.)
技术领域
本发明涉及一种随机截断线性调频连续波信号的生成系统及方法，属于特 殊雷达信号产生领域，涉及随机截断线性调频连续波信号的产生。
背景技术
雷达系统中，通常采用线性调频信号作为主要的信号形式，通过不同信号 频段和相关参数调节来实现抗干扰。这种方法在一定程度上可以满足大多数雷 达系统需求，但是在抗干扰性能要求比较高的雷达系统中，单纯使用脉冲线性 调频信号不能满足高要求的抗干扰性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种随机截断线 性调频连续波信号的生成系统及方法，用FPGA实现m序列随机截断线性调频 信号的产生，解决周期性、不同码元数、随机截断、线性调频信号的生成问题。
本发明的技术方案是：
一种随机截断线性调频连续波信号的生成系统，包括：m序列码产生模块、 截断脉冲产生模块、线性调频连续波信号产生模块、时序调整模块和DAC数 模转换模块；
m序列码产生模块：用于依据本原多项式及多项式初值，生成m序列码， 将所述m序列码传输给截断脉冲产生模块；
截断脉冲产生模块：根据m序列码产生模块传输的所述m序列码，生成 随机截断脉冲和截断脉冲使能，将所述随机截断脉冲传输给时序调整模块，将 所述截断脉冲使能传输给线性调频连续波信号产生模块；
线性调频连续波信号产生模块：接收截断脉冲产生模块传输的所述截断脉 冲使能和外部输入的线性调频信号，根据所述截断脉冲使能和所述线性调频信 号的起始频率、采样率、信号带宽和信号脉宽，生成线性调频连续波信号，将 所述线性调频连续波信号传输给时序调整模块；所述线性调频连续波信号的初 始相位所述线性调频连续波信号的调频相位所 述线性调频连续波信号的调频周期Td＝PW·fs；其中，f0为线性调频信号的起始 频率；fs为线性调频信号的采样率；B为线性调频信号的信号带宽；PW为线性 调频信号的信号脉宽；
时序调整模块：接收截断脉冲产生模块传输的所述随机截断脉冲和线性调 频连续波信号产生模块传输的所述线性调频连续波信号，将所述随机截断脉冲 和所述线性调频连续波信号叠加处理，生成随机截断线性调频连续波信号并传 输给DAC数模转换模块，所述随机截断线性调频连续波信号属于数字信号；
DAC数模转换模块：接收时序调整模块传输的所述随机截断线性调频连续 波信号，将所述随机截断线性调频连续波信号由数字信号转换为电信号向外传 输。
一种利用上述的生成系统实现基于FPGA的m序列随机截断线性调频连续 波信号的生成方法，包括步骤如下：
1)根据本原多项式及多项式初值，用m序列码产生模块生成m序列码；
2)根据所述步骤1)确定的m序列码的码元值，生成随机截断脉冲和截 断脉冲使能；
3)接收外部输入的线性调频信号，根据所述线性调频信号和所述步骤2) 生成的截断脉冲使能，生成线性调频连续波信号；所述线性调频连续波信号的 初始相位所述线性调频连续波信号的调频相位所述线性调频连续波信号的调频周期Td＝PW·fs；其中，f0为线性调频信号的起 始频率；fs为线性调频信号的采样率；B为线性调频信号的信号带宽；PW为线 性调频信号的信号脉宽；
4)将步骤3)产生的线性调频连续波信号与步骤2)生成的所述随机截断 脉冲相叠加，生成随机截断线性调频连续波信号，所述随机截断线性调频连续 波信号属于数字信号；
5)使用FPGA的DAC数模转换模块将步骤4)生成的所述随机截断线性 调频连续波信号由数字信号转换为电信号向外传输。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明采用FPGA来实现复杂波形的设计，克服了波形切换时序难以把控 的问题；本发明采用模块化的形式，按照m序列码的计算、m序列脉冲的产生、 随机截断线性调频连续波信号的步骤分步实现；此方法有效解决了随机截断线 性调频连续波信号这样的复杂波形的产生，同样也适用于其他类似复杂波形产 生的场合。
附图说明
图1为本发明随机截断线性调频连续波信号生成系统图；
图2为本发明一实施例随机截断线性调频连续波信号实例；
图3为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明一种随机截断线性调频连续波信号的生成系统，包括： m序列码产生模块、截断脉冲产生模块、线性调频连续波信号产生模块、时序 调整模块和DAC数模转换模块。
m序列码产生模块：用于依据码元个数M、本原多项式及多项式初值，生 成m序列码，将所述m序列码传输给截断脉冲产生模块；m序列码码元个数 M＝2N-1，其中，N为整正数，且6≥N≥2。所述m序列码的码元个数M可调； 当需要更高的抗干扰性能时，可以提高m序列码元个数。
截断脉冲产生模块：根据m序列码产生模块传输的所述m序列码，生成 随机截断脉冲和截断脉冲使能，将所述随机截断脉冲传输给时序调整模块，将 所述截断脉冲使能传输给线性调频连续波信号产生模块；生成随机截断脉冲， 具体如下：
若所述m序列码的码元值为0，则随机截断脉冲对应生成低电平，若所述 m序列码的码元值为1，则随机截断脉冲对应生成高电平；其中，所述随机截 断脉冲中每个电平的持续时间t根据所述随机截断脉冲的周期T和所述m序列 码的码元个数确定；
所述随机截断脉冲中每个电平的持续时间t，具体如下：
其中，T为随机截断脉冲的周期，T的取值范围为2ms～10ms；随机截断 脉冲的周期T一般为毫秒级，可根据相干积累时间以及相干积累时间内m序列 个数确定，相干积累时间的取值范围为30ms～150ms。
所述截断脉冲使能的产生时刻与所述随机截断脉冲的起始时刻相同。
所述截断脉冲产生模块生成截断脉冲使能，具体如下：所述截断脉冲使能 的产生时刻与所述随机截断脉冲的起始时刻相同。
线性调频连续波信号产生模块：接收截断脉冲产生模块传输的所述截断脉 冲使能和外部输入的线性调频信号，根据所述截断脉冲使能和所述线性调频信 号的起始频率、采样率、信号带宽和信号脉宽，生成线性调频连续波信号，将 所述线性调频连续波信号传输给时序调整模块；所述线性调频连续波信号的初 始相位所述线性调频连续波信号的调频相位所 述线性调频连续波信号的调频周期Td＝PW·fs；其中，f0为线性调频信号的起始 频率；fs为线性调频信号的采样率；B为线性调频信号的信号带宽；PW为线性 调频信号的信号脉宽；所述线性调频连续波信号产生模块生成线性调频连续波 信号的相位X，具体如下：
X＝delta1+delta2。
时序调整模块：接收截断脉冲产生模块传输的所述随机截断脉冲和线性调 频连续波信号产生模块传输的所述线性调频连续波信号，将所述随机截断脉冲 和所述线性调频连续波信号叠加处理，生成随机截断线性调频连续波信号并传 输给DAC数模转换模块，所述随机截断线性调频连续波信号属于数字信号；
DAC数模转换模块：接收时序调整模块传输的所述随机截断线性调频连续 波信号，将所述随机截断线性调频连续波信号由数字信号转换为电信号向外传 输。
本发明一种利用上述生成系统实现基于FPGA的m序列随机截断线性调频 连续波信号的生成方法，如图3所示，包括步骤如下：
1)根据码元个数、本原多项式及多项式初值，用m序列码产生模块生成 m序列码；
2)根据所述步骤1)确定的m序列码的码元值，生成随机截断脉冲和截 断脉冲使能；
3)接收外部输入的线性调频信号，根据所述线性调频信号和所述步骤2) 生成的截断脉冲使能，生成线性调频连续波信号；所述线性调频连续波信号的 初始相位所述线性调频连续波信号的调频相位所述线性调频连续波信号的调频周期Td＝PW·fs；其中，f0为线性调频信号的起 始频率；fs为线性调频信号的采样率；B为线性调频信号的信号带宽；PW为线 性调频信号的信号脉宽；
4)将步骤3)产生的线性调频连续波信号与步骤2)生成的所述随机截断 脉冲相叠加，生成随机截断线性调频连续波信号，所述随机截断线性调频连续 波信号属于数字信号；
5)使用FPGA的DAC数模转换模块将步骤4)生成的所述随机截断线性 调频连续波信号由数字信号转换为电信号向外传输。
所述步骤2)生成随机截断脉冲的方法，具体如下：
若所述m序列码的码元值为0，则随机截断脉冲对应生成低电平，若所述 m序列码的码元值为1，则随机截断脉冲对应生成高电平；其中，所述随机截 断脉冲中每个电平的持续时间t根据所述随机截断脉冲的周期T和所述m序列 码的码元个数确定。
所述随机截断脉冲中每个电平的持续时间t的确定方法，具体如下：
其中，T为随机截断脉冲的周期，T的取值范围为2ms～10ms；随机截断 脉冲的周期T一般为毫秒级，可根据相干积累时间以及相干积累时间内m序列 个数确定，相干积累时间的取值范围为30ms～150ms。
所述步骤2)生成截断脉冲使能的方法，具体如下：所述截断脉冲使能的 产生时刻与所述随机截断脉冲的起始时刻相同。
所述线性调频连续波信号的相位X，具体如下：
X＝delta1+delta2。
实施例
1)实时生成m序列码
m序列码产生原理如图2所示，具体实现过程如图3所示，根据输入的码 元个数参数，码元初值以及m多项式系数，实时产生m序列码。具体方法为： 根据需求的码元个数参数，产生生成m序列码的计算信号comput_start；根据 comput_start信号产生交替变化的flag标志信号；在comput_start和flag同时 有效时生成反馈信号和m序列码，在comput_start有效flag无效时更新m序 列码初值x。在comput_start下降沿产生最终的m序列码。
2)实时生成m序列随机截断脉冲
根据过程1)生成的m序列码及其使能脉冲，以及码元宽度，生成m序列 随机截断脉冲。具体方法为：m序列码使能脉冲有效时开始进入m序列随机截 断脉冲生成过程，有效使能脉冲只持续一个FPGA系统时钟周期，取值范围为 50～150MHz，本发明实施例取80MHz，如中间再次出现有效使能脉冲则重新 进入生成过程；有效时能脉冲有效一个周期后，开始计算并生成截断脉冲；第 一个码元持续了T时间相应的码元宽度后进入第二个码元截断脉冲的生成，直 到生成最后一个码元截断脉冲；如此时有效时能脉冲仍无效，则重复生成第一个码元截断脉冲，这样就生成了周期的m序列随机截断脉冲信号；在此过程中 有一个需要补零的过程，即当码元宽度和时钟周期数不匹配时需要做补零处理。
3)生成随机截断线性调频连续波信号
根据步骤2)所生成的m序列随机截断脉冲，以及输入的起始相位、调频 相位、调频周期等生成随机截断线性调频连续波信号。具体方法为：首先用 cordic算法正余弦信号；再通过控制cordic算法输入相位生成线性调频信号； 最后根据输入的起始相位、调频相位、调频周期等信号以及和截断脉冲匹配生 成随机截断线性调频连续波信号。
4)生成模拟的随机截断线性调频连续波信号
根据步骤3)产生的数字随机截断线性调频连续波信号，再通过配置DAC 的工作方式和参数，实现模拟的随机截断线性调频连续波信号的产生。
如图2所示，以7个码元为例，本发明m序列码具体为：采用二进制的m 序列码，码元个数为7，初值为001，本原多项式101，每个码元持续时间Tm， m序列周期Ts；根据m序列码产生模块，生成的m序列码为0111110；m序 列截断脉冲，具体为：依据上述码元值和码元持续时间Tm，，利用截断脉冲产 生模块产生随机截断脉冲和截断脉冲使能；生成与m序列匹配的线性调频连续 波信号，具体为：以截断脉冲使能为起点，依据外部输入的起始频率、调频率和调频周期，利用线性调频连续波信号产生模块，产生与m序列匹配的线性调 频连续波信号；生成m序列截断的线性调频连续波信号，具体为：依据上述线 性调频连续波信号以及m序列截断脉冲，通过时序调整模块，使两个信号相叠 加，最终产生数字的m序列截断线性调频连续波信号；产生模拟的线性调频连 续波信号，具体为：将数字的线性调频连续波信号通过DAC模块转变为模拟 信号。
最后输出的m截断线性调频连续波信号，具***元数灵活多变、周期可配 置、码元宽度可设置、相位连续、不易被破译、抗干扰能力强等特点，结合接 收机信号处理技术，可获得探测范围内目标的距离、速度和方位等频谱信息及 目标信息。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。