CN117949903B - 一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置，包括：根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；构造损失函数，由瞬时频率函数拟合出多项式瞬时频率函数，归一化带宽与时宽，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种实时生成任意时宽带宽非线性调频（Non-linear Frequency Modulation，NLFM）信号的方法及装置。
背景技术
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）能够随时在恶劣自然环境下进行观测，应用广泛。在SAR系统工作时，发射波形形式直接决定SAR产品质量。目前，广泛应用在SAR系统中的线性调频信号（Linear Frequency Modulation，LFM）长期受脉冲压缩后峰值旁瓣比（Peak Side Lobe Ratio，PSLR）低这一问题困扰。虽然线性调频信号形式简单，便于实时生成，但这种波形经过脉压后，归一化PLSR为-13.3dB。该指标太高导致旁瓣淹没周围弱目标。为了抑制旁瓣，通常对功率谱进行加窗，但这会令匹配滤波器失配，损失信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）。
与LFM信号不同，NLFM信号通过重构信号密度谱，能够在不损失SNR前提下获得很低的PLSR。实验证明，NLFM信号能够避免SNR的1～2dB损失，相当于节省天线发射功率25％，这一功率节省程度对于能量紧缺的轻小型无人机SAR以及大功率星载SAR而言十分可观，发射NLFM信号波形能够极大提升系统性能。
在现有的发射NLFM波形的SAR系统方案中，往往采用预存发射波形的方法。在地面计算机中生成一组波形数据的离散值，将其存入现场可编程门阵列（Field－ProgrammableGate Array，FPGA）的只读存储器（Read-Only Memory，ROM）中。在使用时按存入顺序依次读取ROM中的波形数据并输出至模数转换器（digital-to-Analog converter，D/A），以获得期望的波形。但是该方法使用前需要在地面将波形数据采集并保存，同时受制于ROM有限的存储空间，无法在SAR系统工作时灵活改变波形的带宽、时宽等参数，不适合轻小型无人机SAR灵活观测任务的实施；对于星载SAR而言，由于星地通讯链路限制，该方法不适合星上复杂观测任务的迅速部署与实施。同时现有的NLFM信号生成方式过于复杂，不适合实时生成。
综上所述，如何实现任意参数的非线性调频信号快速实时生成，以满足灵活多样的观测任务，是目前亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置，能够根据峰值旁瓣比、时宽，带宽，实时迅速生成非线性调频信号波形。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法，包括以下步骤，
步骤1：根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；
步骤2：由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
步骤3：构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合，拟合出多项式瞬时频率函数后，通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
步骤4：对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
步骤5：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
步骤6：调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形。
进一步，所述步骤1中，具体包括：
在本地计算机中，根据指标需求确定旁瓣比，生成符合指标的泰勒窗函数，将其赋形为非线性调频信号的功率谱密度函数。
进一步，所述步骤2中，
对功率谱密度函数进行积分，从而得到瞬时频率函数的离散数值。
进一步，所述步骤3中，
将离散数值所对应的离散频率减去多项式瞬时频率函数计算得到的频率并求和，将求和结果构造为损失函数，令损失函数最小，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数。
进一步，所述步骤4中，
对归一化后的多项式瞬时频率函数积分，得到利用多项式表达的相位函数，并将其调制为中频输出的多项式相位函数。
进一步，所述步骤5中，
令现场可编程门阵列读取波形参数，获得包括多项式系数、带宽、时宽/>、时宽倒数/>、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>在内的参数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位。
进一步，所述步骤6中，
将中频相位输入CORDIC IP核，经过20个时钟周期计算后得到输入中频相位对应的CORDIC幅度值，构建16个随机存取存储器，将CORDIC幅度值按照输出顺序依次存入随机存取存储器中，在触发信号控制下按照存入顺序依次读取随机存取存储器，按照JESD204B高速数据传输接口协议重构数据，并将重构数据输出至模数转换器，最终获得中频非线性调频信号。
本发明还提出一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的装置，所述装置包括：
功率谱密度确定模块：用于根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；
离散数值计算模块：用于由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
最优多项式系数求解模块：用于构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合并拟合出多项式瞬时频率函数，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
多项式相位函数拟合模块：用于对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
现场可编程门阵列：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
非线性调频信号波形转换模块：用于调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形。
进一步，所述功率谱密度确定模块，具体为：
在本地计算机中，根据指标需求确定旁瓣比，生成符合指标的泰勒窗函数，将其赋形为非线性调频信号的功率谱密度函数。
进一步，所述离散数值计算模块中，
对功率谱密度函数进行积分，从而得到瞬时频率函数的离散数值。
进一步，所述最优多项式系数求解模块中，
将离散数值所对应的离散频率减去多项式瞬时频率函数计算得到的频率并求和，将求和结果构造为损失函数，令损失函数最小，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数。
进一步，所述多项式相位函数拟合模块中，
对归一化后的多项式瞬时频率函数积分，得到利用多项式表达的相位函数，并将其调制为中频输出的多项式相位函数。
进一步，所述现场可编程门阵列中，
令现场可编程门阵列读取波形参数，获得包括多项式系数、带宽、时宽/>、时宽倒数/>、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>在内的参数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位。
进一步，所述非线性调频信号波形转换模块中，
将离散中频相位输入CORDIC IP核，经过20个时钟周期计算后得到输入离散中频相位对应的CORDIC幅度值，构建16个随机存取存储器，将CORDIC幅度值按照输出顺序依次存入随机存取存储器中，在触发信号控制下按照存入顺序依次读取随机存取存储器，按照JESD204B高速数据传输接口协议重构数据，并将重构数据输出至模数转换器，最终获得中频非线性调频信号。
有益效果：
本发明主要基于多项式函数计算NLFM信号中频相位。在通过构造损失函数计算获得多项式相位系数最优解后，本发明首次实现利用11个波形参数，实时计算得到中频非线性调频信号波形，为轻小型无人机SAR，星载SAR提供迅速部署、灵活观测的能力。
附图说明
图1 为实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置工作流程图；
图2 为实时生成任意时宽带宽非线性调频信号装置工作时序图；
图3 为计算机用MATLAB仿真NLFM信号脉冲压缩结果图；
图4 为FPGA中ILA抓取NLFM信号脉压结果图；
图5 为示波器采样的D/A输出的中频NLFM信号图；
图6 为D/A输出的NLFM信号脉冲压缩结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例，基于实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置重要性分析，为：
在SAR系统工作时，所发射的波形直接决定SAR产品质量。目前，广泛应用在SAR系统中的LFM信号长期受脉冲压缩后峰值旁瓣比低这一问题困扰。为了达到理想的峰值旁瓣比，通常利用加窗手段，以主瓣展宽为代价实现。但对信号加窗不仅损失信噪比，而且造成发射功率的浪费。非线性调频信号能够在不损失信噪比前提下获得极高的峰值旁瓣比，这对功率紧张的轻小型无人机SAR系统与高功耗的星载SAR系统极具吸引力。但非线性调频信号没有具体时域解析式，现有构造非线性调频信号的主要方式有基于分段线性函数法、基于谐波函数法、基于多项式函数法等。在现有SAR系统中，一般利用这些方法在地面计算机中生成一组波形数据的离散值存入ROM中，FPGA读取数据至DAC发射，这极大地制约SAR系统的灵活性。同时现有的NLFM信号生成方式过于复杂，不适合实时生成。因此亟需一种能够根据任意参数指标实时在FPGA中生成非线性调频信号的装置，以满足日益迫切的工程需求。
进一步的，基于实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置工作流程为：
首先根据积分旁瓣比（PLSR）、带宽、时宽确定功率谱密度；然后由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；接着构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合，令损失函数最小，从而计算出一组与带宽/时宽均无关的最优多项式系数；对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；接下来现场可编程门阵列（FPGA）读取11个相关参数，包括6个多项式系数、带宽/>、时宽/>、时宽倒数/>、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>，利用多项式相位函数实时计算NLFM信号相位；最后调用CORDIC IP核，进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器（RAM），利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到NLFM波形。
所述基于实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置适用性分析为：
对于本方案来说，主要利用多项式拟合NLFM信号相位函数。用多项式拟合的方法给出解析的NLFM信号相位函数，并得到一组最优的与带宽/时宽均无关的多项式系数。在FPGA中，利用给定NLFM信号波形参数，实时计算获得满足指标的中频非线性调频信号。在FPGA工作时，只需获得11个必需的波形参数，包括NLFM信号相位的6个多项式系数、带宽、时宽、时宽倒数、离散时间步进长度以及采样点个数。基于所给定参数，此装置能实时准确迅速生成发射所需波形，并且具有灵活重构波形的能力。
基于以上分析，根据本发明的一个实施例，提出一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法，流程图如图1所示，包括：
步骤1：根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；
步骤2：由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
步骤3：构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合，拟合出多项式瞬时频率函数后，通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
步骤4：对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
步骤5：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
步骤6：调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形。
进一步地，所述步骤1：根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度。
在本地计算机中，根据指标需求确定PLSR，生成符合指标的泰勒窗函数，将其赋形为NLFM信号的功率谱密度函数/>。
步骤2：由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
对泰勒窗函数进行积分，得到群延时函数：
（1）
泰勒窗函数积分后的群延时函数为：
（2）
其中，为带宽，/>为时宽，/>为瞬时频率，/>表示泰勒系数，/>表示峰值旁瓣比，/>表示与主瓣相邻的相同高度旁瓣的数目，m为计算中间量。设非线性调频信号的瞬时频率函数为/>。
步骤3：构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合，拟合出多项式瞬时频率函数后，通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
设非线性调频信号的瞬时频率函数多项式为：
（3）
其中，，构造损失函数为：
（4）
令损失函数最小，求偏导并令其为0，归一带宽后求解得多项式系数向量为：
（5）
归一化时宽后的群延时矩阵为：
（6）
其中，为离散的时间点，并且/>。
步骤4：对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
根据求解得到的与带宽和时宽无关的多项式系数向量，多项式瞬时频率函数/>为：
（7）
将瞬时频率函数积分，得非线性调频信号的相位函数为：
（8）
步骤5：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
FPGA基于式（8）的非线性调频信号相位函数实时生成波形，读取六个控制旁瓣高度的多项式系数、带宽/>、时宽/>、时宽倒数/>、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>等共11个参数。
为了在FPGA中计算波形，需要将除采样点个数外的十一个数据转化为本方法所定义的19Q61浮点数格式。数据宽度共81位，最高位为符号位，中间19位为整数部分，最后61位为小数部分。采样点个数用十六进制表示即可。
在实际工程中，上述十一个参数从地面控制系统发送，本装置接收后即可开始计算生成波形。在本装置中为了方便验证，将十一个参数预存在ROM中，FPGA读取后即可开始计算生成NLFM波形。
在本装置中，所生成的波形是经过调制的中频信号。直接输出中频信号而非输出基带信号原因在于基带信号需要通过模拟器件上变频到中频，再上变频到射频，这一过程存在无法避免的信号正交性误差，同时模拟器件受物理器件本身特性限制，在工作时难免存在一定的误差。其次，模拟器件的稳定性和精确度受到温度等环境因素的影响较大，这可能会导致系统性能的不稳定。因此利用高性能的DAC直接输出中频信号，能够尽可能地减少系统误差，保证输出波形的准确与可靠。
基于式（8），中频输出NLFM信号相位如式（10）所示，为中频频率：
（10）
利用式（10）所示的关系可计算得到所需的相位。FPGA乘法过程中，每乘一次会产生一个中间变量，位宽为有效位宽的两位，此处有效位宽为81位，临时位宽为162位。利用第一部分获得的参数，FPGA对相位进行流水计算。FPGA总共需要进行N次计算出N个采样点所对应的相位，所有离散点相位点计算完成总耗时个时钟周期。
步骤6：调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形。
选取vivado软件中CORDIC IP核进行相位－幅度转换。每当输出一个离散相位时，便将相位输入CORDIC核中计算对应幅值，形成流水计算。将选取的16位相位数据输入所生成的CORDIC IP核，经过20个时钟周期后，便可以获得输入相位所对应的16位幅度数据。因此，在流水线作业条件下，计算产生所有的NLFM波形总共需要个时钟周期。
选取vivado软件中Block Memory Generator IP核构建16个RAM存储数据。当CORDIC核输出有效的幅度数据时，FPGA按照输出顺序控制数据存入构建出的RAM中。16个RAM共用一个地址，状态机控制数据存入RAM的顺序，当16个RAM均遍历存储后，地址加1，按照此逻辑将所有离散幅值存入RAM中以供第五部分读取。数据存入RAM的过程是实时的，当CORDIC输出完所有幅值数据，数据存储也同步完成。在外部信号的触发下，十六个RAM同时输出数据，并行十六路数据按照JESD204B的格式转为一路串行数据输出给D/A，即可获得中频NLFM波形。当该目标参数的NLFM波形输出完毕后，便可等待外部信号触发下一次发射，或者等待另一组时宽带宽的NLFM参数传入，重新计算获得新的NLFM波形。
本发明还提出一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的装置，所述装置包括：
功率谱密度确定模块：用于根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；
离散数值计算模块：用于由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
最优多项式系数求解模块：用于构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合并拟合出多项式瞬时频率函数，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
多项式相位函数拟合模块：用于对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
现场可编程门阵列：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
非线性调频信号波形转换模块：用于调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形。
进一步，所述功率谱密度确定模块，具体为：
在本地计算机中，根据指标需求确定旁瓣比，生成符合指标的泰勒窗函数，将其赋形为NLFM信号的功率谱密度函数。
进一步，所述离散数值计算模块中，
对功率谱密度函数进行积分，从而得到瞬时频率函数的离散数值。
进一步，所述最优多项式系数求解模块中，
将离散数值所对应的离散频率减去多项式瞬时频率函数计算得到的频率并求和，将求和结果构造为损失函数，令损失函数最小，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数。
进一步，所述多项式相位函数拟合模块中，
对归一化后的多项式瞬时频率函数积分，得到利用多项式表达的相位函数，并将其调制为中频输出的多项式相位函数。
进一步，所述现场可编程门阵列中，
令现场可编程门阵列读取波形参数，获得包括多项式系数、带宽、时宽/>、时宽倒数/>、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>在内的参数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位。
进一步，所述非线性调频信号波形转换模块中，
将中频相位输入CORDIC IP核，经过20个时钟周期计算后得到输入中频相位对应的CORDIC幅度值，构建16个RAM，将CORDIC幅度值按照输出顺序依次存入RAM中，在触发信号控制下按照存入顺序依次读取RAM，按照JESD204B高速数据传输接口协议重构数据，并将重构数据输出至模数转换器，最终获得中频非线性调频信号。
实施例1
为了验证发明的有效性，在此本实施例使用一组波形参数进行仿真验证。本实施例中参数PLSR取-35dB，带宽取300MHz、时宽取20us、时宽倒数取50000、离散时间步进长度取0.3125ns、采样点数为64000。
根据PLSR要求生成对应的多项式系数，如表1所示，将多项式系数、带宽/>、时宽/>、时宽倒数/>、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>等共11个参数输入FPGA后即可开始生成NLFM信号波形。
表1 勒窗函数在不同旁瓣高度下的多项式系数
该FPGA工作主频为200MHz，为了保证计算准确，计算相位时主频八分频至则25MHz，从下发参数到可发，计算一组NLFM波形需要时间仅为2.6ms，工作时序图如图2所示，当读取完指令参数后，开始计算产生NLFM信号算完成后等待触发输出模拟NLFM信号。
在计算机中利用给定的PLSR构造损失函数，计算得到多项式函数的最优多项式系数，如表1所示。由十一个参数在MATLAB中仿真中频NLFM信号，经过下变频、脉冲压缩后结果如图3所示。通过计算得到峰值瓣比为-34.9895dB，积分旁瓣比为-26.8185dB，分辨率展宽系数为1.1825。
在FPGA中添加逻辑分析仪ILA，抓取16路RAM并行输出的中频NLFM数据并重构为单路串行数据，通过下变频、脉冲压缩后结果如图4所示。通过计算得到峰值瓣比为-34.9438dB，积分旁瓣比为-26.8633dB，分辨率展宽系数为1.1829。
在D/A输出端口外接一个2dB的衰减器，用同轴线缆连接衰减器和示波器，采样的D/A输出波形，结果如图5所示。示波器的采样率为20GHz，保存采样数据，通过下变频脉冲压缩后结果如图6所示。通过计算得到峰值瓣比为-34.1314dB，积分旁瓣比为-29.1737dB，分辨率展宽系数为1.1841。
综上所述，本方法和装置产生的NLFM波形与理论仿真的各项指标基本一致，证明了本装置的正确性与实用性。
Claims (8)
1.一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；
步骤2：由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
步骤3：构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合，拟合出多项式瞬时频率函数后，通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
步骤4：对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
步骤5：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
步骤6：调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形；
所述步骤3中，
将离散数值所对应的离散频率减去多项式瞬时频率函数计算得到的频率并求和，将求和结果构造为损失函数，令损失函数最小，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
所述步骤4中，
对归一化后的多项式瞬时频率函数积分，得到利用多项式表达的相位函数，并将其调制为中频输出的多项式相位函数；
所述步骤5中，
令现场可编程门阵列读取波形参数，获得包括多项式系数、带宽、时宽/>、时宽倒数、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>在内的参数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位。
2.根据权利要求1所述的实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法，其特征在于，所述步骤1中，具体包括：
在本地计算机中，根据指标需求确定旁瓣比，生成符合指标的泰勒窗函数，将其赋形为非线性调频信号的功率谱密度函数。
3.根据权利要求2所述的实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法，其特征在于，所述步骤2中，
对功率谱密度函数进行积分，从而得到瞬时频率函数的离散数值。
4.根据权利要求1所述的实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法，其特征在于，所述步骤6中，
将离散中频相位输入CORDIC IP核，经过20个时钟周期计算后得到输入离散中频相位对应的CORDIC幅度值，构建16个随机存取存储器，将CORDIC幅度值按照输出顺序依次存入随机存取存储器中，在触发信号控制下按照存入顺序依次读取随机存取存储器，按照JESD204B高速数据传输接口协议重构数据，并将重构数据输出至模数转换器，最终获得中频非线性调频信号。
5.一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的装置，其特征在于，所述装置包括：
功率谱密度确定模块：用于根据积分旁瓣比、带宽、时宽确定功率谱密度；
离散数值计算模块：用于由功率谱密度经积分计算出瞬时频率函数的离散数值；
最优多项式系数求解模块：用于构造损失函数，对瞬时频率函数进行多项式拟合并拟合出多项式瞬时频率函数，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，实现带宽与时宽归一化，令损失函数最小，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
多项式相位函数拟合模块：用于对拟合出的多项式瞬时频率函数积分，得到多项式相位函数；
现场可编程门阵列：现场可编程门阵列读取多项式系数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位；
非线性调频信号波形转换模块：用于调用CORDIC IP核，对离散中频相位进行相位幅度转换，将幅值数据保存至随机存取存储器，利用触发信号读取并重构数据格式，通过数模转换器得到非线性调频信号波形；
所述最优多项式系数求解模块中，
将离散数值所对应的离散频率减去多项式瞬时频率函数计算得到的频率并求和，将求和结果构造为损失函数，令损失函数最小，并通过对多项式瞬时频率函数归一化，求解得到一组与带宽和时宽均无关的最优多项式系数；
所述多项式相位函数拟合模块中，
对归一化后的多项式瞬时频率函数积分，得到利用多项式表达的相位函数，并将其调制为中频输出的多项式相位函数；
所述现场可编程门阵列中，
令现场可编程门阵列读取波形参数，获得包括多项式系数、带宽、时宽/>、时宽倒数、离散时间步进长度/>以及采样点个数/>在内的参数，利用多项式相位函数计算非线性调频信号相位，实时计算获得离散中频相位。
6.根据权利要求5所述的实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的装置，其特征在于，所述功率谱密度确定模块，具体为：
在本地计算机中，根据指标需求确定旁瓣比，生成符合指标的泰勒窗函数，将其赋形为非线性调频信号的功率谱密度函数。
7.根据权利要求5所述的实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的装置，其特征在于，所述离散数值计算模块中，
对功率谱密度函数进行积分，从而得到瞬时频率函数的离散数值。
8.根据权利要求5所述的实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的装置，其特征在于，所述非线性调频信号波形转换模块中，
将离散中频相位输入CORDIC IP核，经过20个时钟周期计算后得到输入离散中频相位对应的CORDIC幅度值，构建16个随机存取存储器，将CORDIC幅度值按照输出顺序依次存入RAM中，在触发信号控制下按照存入顺序依次读取随机存取存储器，按照JESD204B高速数据传输接口协议重构数据，并将重构数据输出至模数转换器，最终获得中频非线性调频信号。
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| CN202410348726.8A CN117949903B (zh) | 2024-03-26 | 2024-03-26 | 一种实时生成任意时宽带宽非线性调频信号的方法及装置 |
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