[发明专利]一种基于FPGA的高斯波形生成方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的高斯波形生成方法及系统，属于数字信息处理技术领域。本发明利用FPGA器件数字合成的方式，根据所需生成高斯波形的中心频率调整FPGA的IP核的时钟频率产生所需频率的脉冲波形，由FPGA中的DAC模块根据高斯脉冲波形所需点的数据和产生的脉冲波形生成高斯波形，实现高斯波形的生成。本发明相对于模拟器产生的高斯信号而言，其产生的波形拖尾很小甚至没有，且由于FPGA器件的高速率和更新速度快的传输接口，能够实现更高的重复频率，且波形的频率更改只需通过软件即可实现，操作更加方便。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的高斯波形生成方法及系统，属于数字信息处理技术领域。

背景技术

时域冲击脉冲探地雷达由于其无载波体制，雷达硬件结构简单，而且具有超宽带频谱带来的很高的分辨率，因此，得到了广泛的应用，也是现在比较成熟的探地雷达体制。

时域脉冲探地雷达信号一般采用的类高斯的冲击脉冲，因为高斯脉冲具有其频谱和时域波形相似的特点，便于后续的数据处理和波形分析；因此探地雷达中多用到一阶高斯脉冲信号作为雷达发射机所采用的发射信号；一阶高斯脉冲信号产生的方法多种多样，广泛采用的主要有雪崩管Marx级联方式、阶跃恢复二极管方式和直接数字合成方式等；一般由模拟器件加雪崩管或者阶跃恢复二极管方式产生的波形多有拖尾较大，产生波形不理想和重复频率较低，无法实现高分辨率的探测等缺点，而由数字合成方式产生的高斯波形可以完美的生成公式所描述的波形，可以生成拖尾较小甚至无拖尾的波形。现在所用的数字合成方式多为PLL锁相环或者DDS直接数字合成或者DDS+PLL合成的方式产生所需的波形信号；上述方式用来产生高斯信号比较困难，因为上述方式是根据奈奎斯特取样定律，从连续信号的相位出发，将正弦信号取样，编码，量化，形成一个正弦函数表，存在EPROM中，合成时，通过改变相位累加器的频率字来改变相位增量，也就是我们所称的步长。相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同，在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位的改变来改变频率。这种方式计算复杂，而且高斯信号不符合正弦变化规律，所以采用上述方式合成所需的高斯波形有一定困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的高斯波形生成方法及系统，以解决目前高斯波形生成困难的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于FPGA的高斯波形生成方法，该生成方法包括以下步骤：

1)根据高斯公式生成高斯波形所需点的数据，并将生成的数据保存至FPGA中；

2)根据所需生成高斯波形的中心频率调整FPGA的IP核的时钟频率产生所需频率的脉冲波形；

3)由FPGA中的DAC模块根据存储的数据和产生的脉冲波形生成高斯波形。

本发明利用FPGA器件数字合成的方式，根据所需生成高斯波形的中心频率调整FPGA的IP核的时钟频率产生所需频率的脉冲波形，由FPGA中的DAC模块根据高斯脉冲波形所需点的数据和产生的脉冲波形生成高斯波形，实现高斯波形的生成。本发明相对于模拟器产生的高斯信号而言，其产生的波形拖尾很小甚至没有，且由于FPGA器件的高速率和更新速度快的传输接口，能够实现更高的重复频率，且波形的频率更改只需通过软件即可实现，操作更加方便。

进一步地，为实现高斯波形的放大，该方法还包括对DAC模块所生成的高斯波形进行放大处理的步骤。

进一步地，为快速、方便地生成高斯波形所需点的数据，所述步骤1)中是采用MATLAB生成高斯波形所需点的数据。

进一步地，所述步骤1)中根据的高斯公式为：

其中，U₀为脉冲幅值，α为时间参数，t为时间。

本发明还给出了一种基于FPGA的高斯波形生成系统，该生成系统包括高斯波形数据生成模块和FPGA，