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外文文献翻译
题 目 非平稳线性调频信号的检测与估计
高性能UWB LFM波形发生器
朱明波
摘要： 本文介绍了一种高性能超宽带的设计与实现（UWB）极高频/超高频线性调频（LFM）波形发生器引入频率（VHF / UHF）频段。 首先，高性能UWB的设计思路描述了LFM波形发生器。 然后，UWB LFM波形的生成方案是根据基带数字生成方法，通过倍频结合带宽拉伸方法提出。 已经实施并测试了实验系统。该结果表明，UWB LFM波形发生器实现了非常高的性能。
关键词 超宽带（UWB）; 线性调频（LFM）; 信号生成
- 引言
某信号称为超宽带（UWB）当它的瞬间相对时带宽超过25％。 UWB信号已经存在已被用于通信系统，并将在不久的将来用于雷达系统。有两种主要的UWB信号，即脉冲和调制的。UWB线性频率调制（LFM）波形属于调制波形信号。
由于其良好的脉冲压缩特性，LFM波形已被广泛应用于高频分辨率雷达，例如SAR和ISAR。该UWB LFM是一种常用的波形UWB雷达。 如果它在VHF / UHF频段运行并结合合成孔径技术，使用LFM波形的UWB雷达将具有FOliage PENetration（FOPEN）和Ground PEN etration（GPEN）功能，将能够检测和成像隐蔽目标。 因此它很棒研究UWB LFM的产生的重要性雷达信号。
目前，UWB信号产生的研究主要集中在脉冲的研究上波形，参考文献[6,7]引入了宽带雷达应用的波形生成方法，在基带和数据生成中使用数字生成中频（IF）中的正交调制。参考文献[8] 也使用这种方法生成UWB LFM信号用于无线通信。
本文的设计与实现高性能UWB LFM波形发生器通过上述方法在VHF / UHF频段进行雷达使用是介绍。 它的主要特点是预失真补偿技术用于改善最终波形的表现。
- 设计理念与方案
2.1设计理念
产生高的是相当困难的性能UWB LFM波形，其相对带宽超过85％atVHF / UHF频段。 为达到这个目标，设计思想确定如下：这是至关重要的对于UWB LFM波形发生器来说预失真补偿能力，以确保我们可以实现UWB LFM波形与现有组件具有高性能。
2.2生成方案
一般来说，主要存在两种LFM波形生成的方法，即被动方法和主动方法。消极一个人通常使用SAW组件而且很难产生具有大量产品的LFM波形持续时间和带宽。但是，它很容易产生具有大量产品的LFM波形活动方法的持续时间和带宽。在过去，主动方法通常使用模拟组件，例如VCO。因为固有的模拟元件的缺陷，都是频率稳定性和调制线性度这种模拟有源方法产生的波形相对较差。快速发展数字技术可以生成一个LFM波形采用数字方法。相比所有以前的数字生成方法具有许多独特的优点，例如良好的灵活性，高可靠性和方便的波形失真补偿。现在，数字方法已经是主要的方法生成高质量的LFM波形和持续时间和带宽的大产品。根据之前介绍的设计思路，我们决定采用数字方法设计并实施UWB的生成LFM波形。
受数字组件速度的限制，特别是数字记忆的速度和计数器，高质量的UWB LFM波形目前无法在VHF / UHF上直接生成带。 但是，我们可以使用数字生成基带中的方法结合带宽通过倍频扩张。也就是说，首先我们使用数字方法（D / A转换）来生成I和Q正交模拟LFM具有所需持续时间的基带组件直接，然后我们可以让他们有决定性IF和带宽通过正交调制，最后，我们可以通过倍频和频率生成具有所需频带和带宽的UWB LFM波形转换。
目前，用于LFM的数字方法波形产生主要包括波形存储方法和直接数字合成（DDS）。 前者生成模拟波形直接通过预先存储的A / D转换波形样本。 这种方法可以用于程控的方式等都可以充分利用软件支持的优势来计算并加载任意波形的样本。该后者，即DDS方法，产生模拟波形通过相位累积，幅度召回和A / D转换。 DDS组件可以生成LFM波形的通常被称为DDCS。 但大多数DDCS目前的产品缺乏灵敏度和相位补偿。 根据同样的设计理念，我们决心采用波形存储方法实现了基带LFM波形的生成波形的幅度和相位可以方便地预失真。
2.3生成方案的框图
根据上面讨论的内容，我们决定设计并实现UWB LFM波形通过数字基带生成发生器结合频率带宽扩展加倍。代的框图方案如图1所示。 如图所示，基带波形的生成使用波形存储方法。
图1 生成方案的框图
3.设计与实施
根据生成方案，基带波形的带宽接近40MHz，最终UWB LFM的带宽正交调制后的波形和两个倍频阶段将超过300MHz。为确保UWB LFM波形的质量，首先，仔细考虑了组件的选择以及设计和布局电路。然后，采用对称结构来确保振幅的相干性和I / Q组件的相位。最后，控制部分的UWB LFM发生器已经采用FPGA设计，以提高集成度和可靠性。 而且，幅度和相位UWB LFM波形发生器的失真已经得到了认真的补偿。 通过这样做，最终UWB LFM波形的质量一直如此大大改善了。
3.1基带数字生成
波形存储方法的核心用于基带生成的是存储器和D / A转换器。 选择SRAM作为波形存储器设备，以使数字生成基带可编程。 根据采样定理，D / A转换率应该是至少比最高频率高四倍基带信号，即过采样率是此外，需要设计一个同步计数器来读出波形通过提前进行改进，并且计数器的位之间的一致性有同步锁存也增强了功能。 这个基带部分具有通过编程生成ar比特波形的能力。该产生的基带LFM波形如图所示图2带宽接近40MHz。
图2基带LFM波形
3.2宽带正交调制
当调制频率和相对带宽为时，正交调制对于宽带LFM信号的生成至关重要都非常高。两个主要技术指标评估正交调制器是载波和图像抑制。众所周知，载体泄漏是由I / Q的直流偏置引起的组件和镜像是由振幅和相位之间的差异I / Q组件。载波泄漏和镜像图像可能导致严重的杂散成分倍频后，会严重影响脉冲压缩。所以有必要实施具有大载波和正交的正交调制图像抑制，即确保一致性I / Q的直流偏置，幅度和相位组件。
进行数值模拟以评估载体和图像成分对载体的影响匹配滤波的峰值旁瓣比（PSR）倍频后，频率在哪里加倍是基于时域乘法模型。当倍频是四倍的时候汉明加权匹配过滤，它表明正交后的载波和图像抑制调制必须小于-39dBc以确保脉冲压缩的PSR小于-40dBc。在实现，载体和图像抑制控制在-50dBc以下。在正交模拟之后，IF信号的带宽接近为80MHz。 IF LFM信号及其在正交调制后产生的频谱如图所示图3和图4。
图3 IF LFM信号
3.3宽带倍频和转换
确保最终的UWB LFM信号具有出色的幅度和相位特性发电机的模拟部分应主要解决相位特性的非线性失真，主要保证通带的高度平坦度并且高度抑制衰减频带。在倍频阶段，有两个阶段的重复采用具有优良线性特性的倍频器来减少杂散成分并确保宽带特性。 在里面变频级，宽带线性混频器采用高隔离度和高IF。 此外，滤波器的相位特性具有对发电机相的线性度有很大影响特点，所以有必要设计所有按最大线性相位要求过滤，或由最大平坦包络延迟需求。该直接生成的UWB LFM信号如图所示图5。
图4相应的IF频谱
图5直接生成的UWB LFM信号
4.预失真补偿
从图5中可以看出，虽然很多采取必要措施，表现出色仍然不能仅生成UWB LFM信号取决于目前的组件。所以整个UWB的幅度和相位失真必须补偿LFM信号发生器通过预失真。
预失真补偿是基于线性系统理论。根据那个理论，如果系统的传递函数是，则输出当输入为时，系统将为HX。然后为了让输出为Y，输入可以是预失真为，其中是的倒数和 = I，我是一个单位矩阵。
实施过程中主要存在两个问题，一个涉及补偿数据的获取，另一个涉及到映射到基带。 自UWB LFM我们生成的信号位于低频段，没有高于1GHz，我们可以通过数字记录它示波器并比较其频谱与理想的对应物获得振幅和RF阶段的相位补偿数据。
如果直接输出UWB LFM发生器是，f它的理想对应物是，然后是fRF阶段的补偿功能为=。 当考虑倍频时，将转换为在IF阶段，其中M是进化的顺序。 如果是基带补偿前的组件是和分别是，然后通过映射就可以了被预先排序为：
其中和是正交的解调分量在基带阶段。 所以在补偿功能的基础上在RF阶段，通过倍频和正交调制映射，UWB LFM的整体幅度和相位失真信号发生器最终得到补偿。该补偿的UWB LFM信号的波形具有300MHz带宽和25微秒的持续时间域如图6所示。 从图5和图6我们可以看出UWB LFM的性能预失真大大改善了信号补偿。
图6 补偿的UWB LFM信号
5.绩效评估
根据测量，基带生成部分可以生成两个（I和Q）LFM带宽为0~50MHz的波形持续时间0~320微秒。带宽可以达到正交调制后为100MHz。而且四倍后带宽甚至可以达到400MHz倍频。通过选择适当的本地振荡器组合，可以生成VHF / UHF频段的UWB LFM波形。
补偿的UWB LFM的波形信号具有300MHz带宽和25mu;s持续时间在时域中如图6所示。相应的频谱如图7所示，暗线表示理想结果。该脉冲压缩（汉明加权）的结果以上UWB LFM波形具有理想性参考如图8所示，其中灰线表示理想的脉冲压缩结果信号不失真。脉冲的主瓣压缩如图9所示，其中灰线表示理想结果，虚线表示测量结果，这两条线几乎重合彼此。
从上面的测量可以看出，生成的UWB LFM波形的持续时间和带宽都达到了我们的目标设计要求。也可以看出，脉冲压缩的PSR小于-40dBc，主瓣的-4dB宽度为5ns，两者都是非常接近他们的理论价值。
图7 相应的射频频谱
图8 汉明加权脉冲压缩
图9 相应的主瓣
6.结论
本文的设计与实现高性能UWB LFM波形发生器已经在VHF / UHF频段推出了基于数字基带生成与带宽加倍的组合方案。 该波形发生器的成功实现表明了这一点通过混合技术生成高性能UWB LFM波形是绝对可行的。
参考文献
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