数字阵列雷达和软件化雷达PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 微波频段数字信号处理动态 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 数字处理技术的优势 2

1.1.3 极高速数字电路的IC技术 2

1.1.4 微波／数字接口 4

1.1.5 数字频率产生 5

1.1.6 数字信号处理 5

1.2 软件无线电的概念 6

1.2.1 概述 6

1.2.2 软件无线电的基本结构 9

1.2.3 软件无线电的设计步骤 12

1.2.4 软件无线电的应用领域 13

1.2.5 软件无线电技术要解决的课题 14

第2章 多速率信号采样理论和实现 17

2.1 信号采样的基本理论 17

2.1.1 概述 17

2.1.2 理想采样与采样定理 18

2.1.3 带通信号的采样 19

2.2 多采样率数字信号处理 21

2.2.1 内插和抽取 22

2.2.2 内插和抽取对DFT和FFT的影响 27

2.3 有限冲激响应数字滤波器 29

2.3.1 FIR滤波器设计 29

2.3.2 半带FIR滤波器 34

2.4 多级内插和抽取的实现 38

2.4.1 多级内插 38

2.4.2 多级抽取 40

2.5 级联积分梳状（CIC）滤波器 44

2.5.1 梳状滤波器 45

2.5.2 级联积分梳状滤波器 45

2.6 多相滤波器 50

2.6.1 多相抽取滤波器结构 50

2.6.2 一种高效多相抽取滤波器实现结构 52

2.6.3 多相内插滤波器 53

2.7 数字滤波器组 53

2.7.1 数字滤波器组实现的基本结构 54

2.7.2 离散傅里叶变换滤波器组 54

2.7.3 快速傅里叶变换滤波器组 56

2.8 用多相滤波器信道化 60

2.9 运用FFT的多相滤波器运算 61

第3章 数据转换器 63

3.1 概述 63

3.2 均匀量化 63

3.3 ADC和DAC的基本工作原理 66

3.4 ADC的特性 68

3.4.1 ADC的分辨力（转换灵敏度） 68

3.4.2 ADC的信噪比（SNR） 69

3.4.3 ADC的无杂散动态范围 71

3.4.4 基本的ADC输入带宽 75

3.4.5 孔径抖动及孔径误差 75

3.4.6 非线性误差 77

3.4.7 互调失真 78

3.5 降低ADC量化噪声的方法 78

3.5.1 过采样 78

3.5.2 噪声整形 80

3.6 ADC的选择原则 81

3.7 DAC特性简介 82

3.8 ADC和DAC的结构 84

3.8.1 并行结构：闪速模／数转换器、串状数／模转换器和二元结构 84

3.8.2 分段结构：折叠／内插模／数转换器，分段梯形数／模转换器 85

3.8.3 迭代结构：分区／流水线／半闪速模／数转换器，逐次逼近型模／数转换器 89

3.8.4 ∑-Δ结构：模／数转换器和数／模转换器 92

3.9 典型的ADC产品 95

3.10 典型的DAC产品 97

第4章 雷达设备中三种类型的计算部件 99

4.1 数字信号处理器（DSP） 99

4.1.1 DSP的体系结构 100

4.1.2 DSP器件简介 103

4.1.3 实时软件的设计 109

4.1.4 DSP器件软件编程 111

4.1.5 DSP的扩展 112

4.1.6 高性能通用并行DSP处理板PMP8A 113

4.2 现场可编程门阵列（FPGA） 117

4.2.1 概述 117

4.2.2 FPGA器件产品状况简述 120

4.2.3 FPGA—DSP结构的权衡 129

4.3 专用集成电路（ASIC） 132

4.3.1 概述 132

4.3.2 ASIC实现的限制 133

4.4 数字信号处理器、现场可编程门阵列和专用集成电路的混合使用 133

4.4.1 概述 133

4.4.2 可重新配置的硬件平台 134

4.5 在现场可编程门阵列上实现数字信号处理器 136

4.5.1 一种基于FPGA的通用雷达信号处理模块和信号处理机的设计 136

4.5.2 一种基于DSP和FPGA的雷达信号处理机的设计概念 138

4.5.3 采用实时FPGA处理灵巧天线的数字波束形成和定标 143

第5章 直接数字频率合成器（DDS） 149

5.1 DDS的工作原理 149

5.1.1 概述 149

5.1.2 DDS的组成及工作原理 150

5.1.3 I/Q两路正交输出的DDS 158

5.2 DDS的分类 160

5.2.1 脉冲输出DDS 160

5.2.2 无杂散小数分频DDS 161

5.2.3 相位内插DDS 161

5.3 基于DDS的频率合成技术 161

5.3.1 DDS+PLL的频率合成技术 162

5.3.2 DDS直接频率合成技术 162

5.3.3 模块化直接频率合成器的设计 164

5.4 DDS的性能参数 164

5.5 若干DDS芯片简介 168

5.6 DDS中杂散和噪声的来源分析 174

5.6.1 相位截断带来的杂散 174

5.6.2 幅度量化带来的噪声 176

5.6.3 DAC引入的误差 176

5.6.4 滤波器的特性 179

5.6.5 时钟泄漏的影响（时钟频率的相位噪声） 180

5.7 若干降低DDS中杂散和噪声的技术 180

5.7.1 修正的Nicholas相位累加器 180

5.7.2 抖动注入DDS法简介 181

5.7.3 相减性抖动注入DDS简介 183

5.7.4 无杂散的小数分频DDS 186

5.7.5 Wheatley抖动注入DDS 186

5.7.6 随机的DAC DDS 187

5.7.7 非均匀时钟DDS 188

5.7.8 平均DAC DDS 188

5.7.9 噪声整形法——DDS 189

5.8 DDS在雷达系统中的应用 190

5.8.1 非相参雷达高稳定AFC子系统 190

5.8.2 机载雷达中的杂波跟踪子系统 190

5.8.3 DDS用做数字程序分频器 191

5.8.4 DDS在波形合成中的应用 193

5.8.5 DDS在误差校正中的应用 193

5.8.6 基于DDS在相控阵雷达中的应用 194

5.8.7 DDS在分布相控阵雷达中的应用 196

5.8.8 DDS在常规雷达中应用 197

5.8.9 DDS在雷达回波信号生成系统中的应用 199

5.8.10 DDS在数字雷达接收机中的应用 200

第6章 CORDIC算法及其结构设计 202

6.1 坐标旋转数字计算机（CORDIC）算法简介 202

6.1.1 旋转模式 202

6.1.2 定向模式 205

6.2 CORDIC算法的扩展 206

6.2.1 运算的模式 207

6.2.2 移位序列 208

6.2.3 定标运算 208

6.2.4 CORDIC算法扩展的归纳 209

6.3 修正的矢量旋转CORDIC算法和结构 210

6.3.1 常规的CORDIC算法 211

6.3.2 MVR-CORDIC算法 211

6.4 用CORDIC算法计算sine/cosine值 213

6.4.1 计算sine/cosine值 213

6.4.2 利用正弦函数的对称性将输入角度限制在［0,π/4］ 214

6.4.3 角度分解及旋转方向的确定 215

6.4.4 采用并行运算提高计算速度 216

6.4.5 一种CORDIC三角函数产生器的流水线阵列结构 217

6.5 CORDIC算法在DDS中的应用 217

6.6 实现DFT/DHT/DCT/DST的统一CORDIC基芯片 218

6.6.1 DXT变换 219

6.6.2 阵列结构 220

6.7 CORDIC算法的结构设计 221

6.7.1 基本的CORDIC处理器 221

6.7.2 并行的和流水线的阵列结构 222

6.8 执行的算法 224

6.8.1 离散傅里叶变换（DFT） 224

6.8.2 离散Hartley变换（DHT） 225

6.8.3 Chirp-Z变换（CZT） 226

6.8.4 快速傅里叶变换（FFT） 227

6.9 基于CORDIC算法并行FFT设计与硬件实现 229

6.9.1 16路并行FFT的流水线结构 229

6.9.2 128点FFT硬件实现 230

6.9.3 数据缓冲器的低功率结构 231

6.9.4 FFT基-2的输出缓冲处理 231

6.9.5 128点FFT性能 232

6.10 数字滤波 233

6.10.1 正交数字滤波器 233

6.10.2 自适应格型滤波器 234

6.11 矩阵基DSP计算算法 236

6.11.1 基本的行和列运算 237

6.11.2 QR因式分解 237

6.11.3 线性系统解算器 239

6.11.4 Toeplitz系统和协方差系统解算器 240

6.11.5 本征值和奇异值分解 242

6.12 CORDIC算法在FPGA中实现 243

6.12.1 一种CORDIC算法在FPGA中实现的结构简介 244

6.12.2 CORDIC算法的输出精度分析 244

6.12.3 C模型和多种CORDIC实现的硬件结构 245

第7章 雷达数字接收机 251

7.1 概述 251

7.2 中频数字接收机 251

7.2.1 中频数字接收机简介 251

7.2.2 数字接收机的性能参数 254

7.2.3 中频数字接收机中的关键部件 255

7.2.4 中频数字接收机的结构 257

7.3 数字下变频的实现 260

7.3.1 数字下变频实现的基本方法 260

7.3.2 一个直接数字下变频接收机的例子 263

7.3.3 基于DSP的多相滤波正交数字下变频 267

7.4 信道化中频数字接收机 271

7.4.1 大带宽高分辨力数字信道化接收机的一般结构及其实现 271

7.4.2 双取样率数字化接收机的例子 275

7.4.3 DFT的抽取法在宽带接收机中应用的例子 277

7.5 专用DDC器件 280

7.5.1 专用数字下变频器HSP50214B 281

7.5.2 HSP50214B应用设计和控制原理 283

7.6 全数字接收机系统硬件结构 288

7.6.1 概述 288

7.6.2 全数字化接收机硬件结构方案简介 290

7.6.3 数字接收机的若干应用 291

第8章 雷达数字发射机和（发射机）相干应答器 294

8.1 雷达数字发射机的基本原理 294

8.1.1 基本原理 294

8.1.2 接收机和发射机之间滤波的相似性 295

8.1.3 发射机结构 295

8.2 数字发射机中的几个重要组件 297

8.2.1 数字上变频器（DUC） 298

8.2.2 直接数字频率频率合成器（DDS） 302

8.2.3 数字T/R模块 302

8.3 软件化发射机 307

8.4 MIMO技术的概念 311

8.5 一种相干的（发射机）相干应答器（RF tag） 312

8.5.1 概述 312

8.5.2 RF tag通信通道 312

8.5.3 谱效率 316

8.5.4 能量约束 316

8.5.5 通道矩阵 316

8.5.6 干扰 317

8.5.7 容量模拟 319

8.5.8 单通道谱效率 319

8.5.9 多通道谱效率 320

8.5.10 几种应用的设想 321

第9章 数字波束形成和自适应阵列处理 323

9.1 收／发全数字波束形成的阵列雷达概念 323

9.2 数字波束形成的基本原理 323

9.2.1 接收数字波束形成的基本原理 324

9.2.2 发射数字波束形成的基本原理 328

9.2.3 自适应数字波束形成概念 329

9.2.4 一种灵活的数字自适应阵列雷达处理器实现简介 330

9.2.5 数字多波束形成的基本原理 331

9.2.6 一个基于FPGA和DSP的数字多波束形成实现的例子 334

9.3 雷达阵列的数字化 337

9.3.1 数字阵列雷达的4种工作模式简介 337

9.3.2 雷达接收阵列的数字化要求 339

9.3.3 雷达接收阵列数字化对动态范围的改善 340

9.3.4 数字化接收阵列的多波束形成的性能 342

9.4 一部32个通道的即插即用X波段数字波束形成接收阵列的例子 345

9.4.1 简介 346

9.4.2 数字接收机模块 346

9.4.3 DBF处理器板 348

9.4.4 孔径板 348

9.4.5 阵列定标（校正） 348

9.4.6 预期的方向图 349

9.5 自适应阵列处理的性能度量 350

9.5.1 概述 350

9.5.2 自适应阵列天线波束形成算法分类 352

9.5.3 自适应阵列处理常用的几种性能量度 353

9.5.4 数字化阵列对自适应波束形成性能改善 359

第10章 数字阵列雷达和软件化雷达 361

10.1 数字阵列雷达 361

10.1.1 数字阵列雷达的主要组成 361

10.1.2 一部数字阵列雷达实验样机 363

10.2 综合脉冲与孔径雷达（SIAR）原理简介 370

10.2.1 概述 370

10.2.2 综合孔径概念 371

10.2.3 综合脉冲概念 373

10.2.4 SIAR的基本原理 375

10.2.5 SIAR的组成 377

10.3 泛探（Ubiquitous）雷达概念简介 378

10.3.1 波形参数和目标检测 379

10.3.2 接收波束形成和波束处理 380

10.4 分集的MIMO数字阵列雷达 382

10.4.1 概述 382

10.4.2 空间分集的MIMO雷达的基本原理 383

10.4.3 雷达中空间分集——模型和检测性能 385

10.4.4 分集的MIMO模式可放宽对雷达设备的技术特性要求 399

10.4.5 MIMO模式的LPI好处 405

10.4.6 MIMO模式可改善目标角估计精度 406

10.5 分集的MIMO系统的信号设计 409

10.5.1 概述 409

10.5.2 MIMO系统模型 409

10.5.3 MIMO通信的例子 410

10.5.4 MIMO雷达例子 411

10.5.5 跟踪的信号设计 413

10.6 用于测向（DF）的MIMO雷达 413

10.6.1 概述 413

10.6.2 MIMO雷达信号模型 413

10.6.3 用于DF的MIMO雷达信号模型分类 415

10.6.4 均匀线性阵列 419

10.6.5 数值结果 420

10.7 改善搜索雷达扫描性能的MIMO技术 421

10.7.1 信号模型 421

10.7.2 波束形成 424

10.7.3 用于演示MIMO雷达的例子 424

10.8 软件化雷达简介 427

10.8.1 概述 427

10.8.2 软件化雷达硬件平台构想 427

10.8.3 几个分系统的软件开发任务 429

10.8.4 一种W频段软件雷达的矢量调制器 432

参考文献 433