雷達系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書-學(xué)生用2016

1、 雷達系統(tǒng)技術(shù)實驗指導(dǎo)書桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院信息對抗系目 錄實驗一 數(shù)字脈沖壓縮實現(xiàn) 3實驗二 濾波器濾波算法仿真 13實驗三 精密時序產(chǎn)生 19實驗四 基于FPGA實現(xiàn)脈沖參數(shù)測量 51實驗一 數(shù)字脈沖壓縮實現(xiàn)一、 實驗?zāi)康氖煜?shù)字脈沖壓縮原理及實現(xiàn)方法，并基于MATLAB仿真實現(xiàn)。二、 實驗設(shè)備1、 計算機三、實驗內(nèi)容1. 熟悉數(shù)字脈沖壓縮原理；2. 基于MATLAB仿真實現(xiàn)數(shù)字脈沖壓縮。四、實驗要求1、預(yù)習要求 （1）熟悉MATLAB軟件開發(fā)流程； （2）熟悉數(shù)字脈沖壓縮原理及實現(xiàn)方法。2、課后要求 按照實驗內(nèi)容和實驗步驟完成實驗內(nèi)容，課后完成實驗報告。五、 數(shù)字脈沖壓縮原理脈

2、沖壓縮技術(shù)因解決了雷達作用距離與分辨率之間的矛盾而成為現(xiàn)代雷達的一種重要體制，數(shù)字LFM（線性調(diào)頻）信號脈沖壓縮就是利用數(shù)字信號處理的方法來實現(xiàn)雷達信號的脈沖壓縮，脈沖壓縮器的設(shè)計就是匹配濾波器的設(shè)計，脈沖壓縮過程是接收信號與發(fā)射波形的復(fù)共扼之間的相關(guān)函數(shù)，在時域?qū)崿F(xiàn)時，等效于求接收信號與發(fā)射信號復(fù)共軛的卷積。若考慮到抑制旁瓣加窗函數(shù)，不但要增加存儲器，而且運算量將增加1倍，在頻域?qū)崿F(xiàn)時，是接收信號的FFT值與發(fā)射波形的FFT值的復(fù)共軛相乘，然后再變換到時域而獲得的。若求N點數(shù)字信號的脈沖壓縮，頻域算法運算量大大減少，而且抑制旁瓣加窗時不需增加存儲器及運算量，相比較而言，用頻域FFT實現(xiàn)脈沖壓

3、縮的方法較優(yōu)，因此選用頻域方法來實現(xiàn)脈沖壓縮，但是仍需要做大量的運算。脈沖壓縮系統(tǒng)可以由兩種方法來實現(xiàn)，即時域脈沖壓縮系統(tǒng)和頻域脈沖壓縮系統(tǒng)。時域脈沖壓縮處理系統(tǒng)采用FIR濾波，通過對兩個有限長度序列進行線性卷積來實現(xiàn)脈沖壓縮，濾波器復(fù)相關(guān)運算量隨信號時寬的增加、序列長度的增加迅速增加，完成運算所需的芯片數(shù)量也隨之迅速增加。頻域脈沖壓縮處理系統(tǒng)采用高速大容量數(shù)字信號處理芯片作為硬件平臺，通對原本在時域進行卷積的兩個有限長度序列采用傅立葉變換后，在頻域相乘，將其乘積反變換至時域的方法，獲得脈壓處理結(jié)果。在序列長度較大時，采取頻域處理方法，所需運算量比采取時域處理方法時小的多，完成運算所需的芯片也

4、同樣少得多，而且性能指標也優(yōu)于時域處理方法。時域卷積法時域匹配濾波法等效于求離散接收信號與發(fā)射波形離散樣本之間的復(fù)相關(guān)運算 ,在脈沖壓縮點數(shù)較短且壓縮比要求不高的情況下經(jīng)常采用。其具體算式如下:對于輸入為復(fù)信號來說，令， (1-1) (1-2)(1-1)式中:分別為采樣信號的實部和虛部；(1-2)分別為濾波器系數(shù)的實部和虛部。 (1-3) 圖1 時域卷積法的數(shù)字脈沖壓縮時域卷積法實現(xiàn)脈沖源壓縮就是一個相關(guān)卷積的過程。時域卷積法控制時序簡單，處理過程清晰直觀。它最大的缺點是運行速度慢，另外一個缺點是時域法需要的橫向濾波器的數(shù)量隨參考碼長的變化而變化，工程上不便于實現(xiàn)，缺點之三相對于頻域快速卷積法

5、計算量大。 頻域FFT法頻域脈沖壓縮和時域脈沖壓縮的不同之處在于實現(xiàn)卷積的方式不同，時域脈沖壓縮用非遞歸濾波器進行數(shù)字壓縮是直接進行線性時域卷積，而頻域脈沖壓縮是基于頻譜分析的正、反離散傅氏(DFT)法，即用DFT將離散輸入時間序列變換為數(shù)字譜，然后乘以匹配濾波器的數(shù)字頻率響應(yīng)函數(shù)，再用IDFT還原成時間離散的壓縮輸出信號序列。為了實時處理的需要，一般是用FFT及其對應(yīng)的IFFT來實現(xiàn)這一匹配濾波。根據(jù)卷積定理，如果兩個以N為周期的序列和 ，其DFT分別為： (1-4) (1-5)時域的卷積等于頻域相乘，因此y(n)的N點DFT為：， (1-6)從而可得出： (1-7)那么采用FFT算法，上式

6、可寫成： (1-8)匹配濾波器的輸出等于輸入信號的離散頻譜乘上匹配濾波器沖激響應(yīng)的頻譜(即頻率響應(yīng))的逆變換。這便是用FFT法實現(xiàn)數(shù)字濾波的一般公式，因而也是數(shù)字脈沖壓縮的一般公式。圖2說明脈沖壓縮匹配濾波器的頻域?qū)崿F(xiàn)方法它對任何雷達波形都能實現(xiàn)匹配濾波功能。圖2 頻域?qū)崿F(xiàn)脈沖壓縮框圖LFM脈沖信號經(jīng)匹配濾波器得輸出信號表達式為：它是一固定載頻的信號。當時，包絡(luò)近似為辛克（sinc）函數(shù)。圖3 匹配濾波的輸出信號上，將此時的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。LFM信號的壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比D，上式表明，壓縮比也就是LFM信號的時寬頻寬積。六、 實驗步驟仿真基于matl

7、ab進行。1、進入MATLAB。2、新建m文件。2.1 LFM信號產(chǎn)生模塊仿真 通過在Matlab仿真軟件中編寫程序，模擬產(chǎn)生數(shù)字的LFM信號。觀測LFM信號的時域波形以及它的頻譜。時寬為200、調(diào)頻帶寬為1MHz的線性調(diào)頻信號的Matlab 部分程序如下： 仿真圖形如圖4所示：圖4 LFM 的Matlab 仿真圖形顯然，在調(diào)制脈寬內(nèi)，調(diào)制信號的載頻是不斷增加的。為此信號的載頻是線性變化的，故稱之為線性調(diào)頻信號。當然LFM信號的載頻也可以線性減少。若載頻不是線性變化的調(diào)頻信號，稱為非線性調(diào)頻。在滿足大的時寬帶寬積的條件下，線性調(diào)頻脈沖信號的振幅譜接近矩形函數(shù)，頻譜寬度近似等于信號的調(diào)頻變化范圍

8、，而與時寬無關(guān)。線性調(diào)頻脈沖信號的相位譜具有平方律的特性。其頻譜結(jié)構(gòu)如圖5所示：圖5 Matlb 中LFM 信號的頻譜結(jié)構(gòu)2.2 匹配濾波模塊仿真 匹配濾波器的響應(yīng)是回波信號的鏡像共軛，即。其程序編寫如下：Matlab仿真結(jié)果如下圖：圖6 匹配濾波器的時域沖擊響應(yīng)對照圖4，可知，仿真結(jié)果正確。從這兩個仿真波形看，匹配濾波器的響應(yīng)確實是回波信號的鏡像共軛。2.3 距離旁瓣抑制仿真本設(shè)計選擇海明函數(shù)作為系統(tǒng)的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的系數(shù)，其數(shù)學(xué)表達式為 海明窗的時域波形如下圖：圖7 海明窗波形在不加權(quán)抑制旁瓣時，脈沖壓縮的輸出波形應(yīng)該類似于Sinc波形包絡(luò)。下圖為Matlab 仿真的未加權(quán)的脈壓輸出：圖8 未加

9、權(quán)的脈壓輸出波形依據(jù)旁瓣抑制理論，在進行旁瓣抑制加權(quán)后，脈壓輸出旁瓣幅度被抑制，主瓣時寬變大，輸出結(jié)果的信噪比損失。下圖是海明加權(quán)后的脈壓Matlab仿真輸出圖9 海明加權(quán)后的脈壓輸出比較圖8與圖9 ，得出結(jié)論未加權(quán)的脈壓輸出主瓣旁瓣之比為20db左右，海明加權(quán)后輸出的主旁瓣之比優(yōu)于40db。如果在抑制距離旁瓣時選擇的窗型不同，則脈沖壓縮的結(jié)果也不同，依據(jù)不同應(yīng)用場合對脈壓性能指標的要求不同，來選擇合適的窗型。當窗型分別為三角窗、漢寧窗和海明窗時，脈沖壓縮的部分程序如下：脈沖壓縮的結(jié)果如下圖所示：圖10 不同窗型的脈壓結(jié)果由上圖10可知，在未加窗時脈壓輸出的脈沖寬度最小但旁瓣幅度卻最大。加三角

10、窗時脈壓輸出脈寬最大、旁瓣只是僅優(yōu)于未加窗時的脈壓結(jié)果，很顯然這不是最優(yōu)的窗型選擇。加漢寧窗時脈壓輸出的時寬比三角窗的小但還是大于未加窗是的脈壓輸出，然而它的主旁瓣比值是最好的；在旁瓣抑制性能指標要求很高而對脈壓比要求又不是太高時，選擇漢寧窗就能很好地滿足系統(tǒng)的性能要求。加海明窗是脈壓輸出的時寬僅差于未加窗時的輸出，它的輸出時寬比加三角窗和漢寧窗都??；它的脈壓輸出主旁瓣比值由于-50db;因此，在優(yōu)先考慮脈壓比而旁瓣抑制又能夠滿足指標時，應(yīng)選擇海明加權(quán)。本系統(tǒng)選擇海明窗進行加權(quán)已經(jīng)滿足系統(tǒng)的性能指標要求。折中考慮距離旁瓣抑制，選擇海明窗加權(quán)可以達到很好的脈沖壓縮倍數(shù)。2.4高斯白噪聲干擾仿真自

11、然界中存在各種影響系統(tǒng)性能的噪聲，這些噪聲是何時何地都存在的；我們無法完全地消除這些不必要的噪聲，可以通過一些必要的有效的措施抑制減弱它們對系統(tǒng)的不良影響。在Matlab 仿真軟件中給雷達回波信號LFM信號疊加一個信噪比為20db的高斯白噪聲的部分程序如下：調(diào)用Matlab軟件庫中awgn()函數(shù)在線性調(diào)頻信號lfm上疊加一個信噪比為20db的高斯白噪聲。其疊加后的仿真波形如下圖：圖11 加高斯白噪聲后的LFM信號考慮到系統(tǒng)中存在噪聲時，脈沖壓縮Matlab仿真結(jié)果如下圖：圖12 加噪聲后脈壓輸出對比很顯然，疊加信噪比為20db的高斯白噪聲后LFM的壓縮結(jié)果差于沒有噪聲的脈壓仿真，同樣是海明加

12、權(quán)但是疊加噪聲后的主旁瓣比值約為-40db，而無噪聲脈壓仿真的主旁瓣比值約為-50db；兩者相差了10db。此時，若要求較高的主旁瓣比，可以選用漢寧窗加權(quán)。七、實驗思考1多普勒頻移對數(shù)字脈沖壓縮的影響。八、實驗報告要求及格式實驗報告應(yīng)在整理與計算實驗數(shù)據(jù)記錄的基礎(chǔ)上寫出。不同的實驗類型，要求的實驗報告的內(nèi)容也不同。但每份實驗報告都應(yīng)有如下的報頭：雷達對抗技術(shù)實驗報告姓名 班級 實驗組別 同組者 實驗日期 指導(dǎo)教師 實驗名稱實驗報告的主要內(nèi)容應(yīng)包括：實驗?zāi)康?；實驗?nèi)容；經(jīng)過整理的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果(列成表格)；結(jié)論與討論注意：實驗報告要求字跡清楚，數(shù)據(jù)明了，內(nèi)容齊全。實驗二濾波器濾波算法仿真一、 實

13、驗?zāi)康氖煜V波器濾波算法，并基于MATLAB仿真實現(xiàn)。二、 實驗設(shè)備1、 計算機三、實驗內(nèi)容1. 熟悉濾波器濾波算法；2. 基于MATLAB仿真實現(xiàn)濾波器。四、實驗要求1、預(yù)習要求 （1）熟悉MATLAB軟件開發(fā)流程； （2）熟悉熟悉濾波器濾波算法及實現(xiàn)方法。2、課后要求 按照實驗內(nèi)容和實驗步驟完成實驗內(nèi)容，課后完成實驗報告。五、濾波器濾波算法在目標跟蹤過程中，如果利用對每一個時刻目標的測量來確定目標的位置，將給系統(tǒng)的實時計算帶來困難，因此，濾波和預(yù)測算法占有很重要的地位。而濾波器正是利用目標在運動過程中軌跡連續(xù)性的特點，利用目標前一狀態(tài)位置信息來預(yù)測當前狀態(tài)位置信息，一方面減少了計算量，另一

14、方面在一定程度上排除其他物體對跟蹤的影響，較好的保證跟蹤的可靠性。濾波器濾波可以實現(xiàn)對勻速和勻加速運動目標進行跟蹤，作為Kalman濾波器的簡化，算法相對簡單因此在實際的測距跟蹤等工程中廣泛應(yīng)用。濾波器雖然也能跟蹤勻加速度的運動目標，但是不能給出加速度的平滑預(yù)測估值，而常系數(shù)濾波器可以根據(jù)當前觀測目標的位置、速度和加速度的狀態(tài)值預(yù)計下一時刻的位置、速度和加速度的平滑估計值，并且能夠預(yù)計出下一時刻的觀測位置和速度的估計值。按照濾波器中所假定的目標運動模型，常系數(shù)濾波器的濾波方程可以表示為： (2-1) (2-2) (2-3)預(yù)測方程表示為： (2-4) (2-45) (2-6)方程中參數(shù)說明：為

15、k時刻的位置估值；為k時刻的速度估值；為k時刻加速度估值；為k時刻預(yù)測位置；為k時刻預(yù)測速度；為k時刻預(yù)測加速度；為k時刻觀測位置；T為采樣周期；，為系統(tǒng)增益，或分別稱為位置增益、速度增益和加速度增益。對于常系數(shù)濾波器的增益系數(shù)值可以根據(jù)經(jīng)驗值確定，通常在給定的情況下，計算和值也有兩種方法： (2-7)方法一： (2-8) (2-9)其中R是系統(tǒng)特征方程三重正實根也即濾波器的平滑系數(shù)，取，深度平滑時取，而輕度平滑時取。方法二： (2-10) (2-11)對于變系數(shù)的濾波器假設(shè)濾波器采用三點啟動，啟動時：，k=1，2，3 (2-12) (2-13) (2-14) (2-15)啟動后的N步中，時刻

16、k的參數(shù)為： (2-16) (2-17) (2-18)啟動N+3步后，保持不變，、與關(guān)系為： (2-19) (2-20)距離自動跟蹤系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示?；夭ㄕ`差產(chǎn)生器速度支路濾波距離支路濾波速度產(chǎn)生器距離產(chǎn)生器波門產(chǎn)生器波門+R誤差計數(shù)時鐘圖1 距離自動跟蹤系統(tǒng)原理框圖在自動測距系統(tǒng)中，不是直接測量回波脈沖相對與發(fā)射脈沖的延遲時間，而是由距離自動跟蹤回路產(chǎn)生一個可以移動的波門，與回波信號重合，將回波信號跟蹤波門一起送到誤差產(chǎn)生器（通常也稱之為時間鑒別器或距離比較器），比較的到回波信號偏離跟蹤波門中心的距離誤差，經(jīng)濾波器平滑預(yù)測后得到平滑距離和預(yù)測距離，將預(yù)測距離送至波門產(chǎn)生器產(chǎn)生下一個波

17、門，形成閉環(huán)跟蹤，使誤差趨于零，此時波門所在的位置即為測量目標的距離，從而實現(xiàn)對目標回波的自動跟蹤。在單獨研究濾波器時，為了便于確定較為理想的濾波器增益系數(shù)值，將回波信號直接用一個輸入的階躍信號替代，經(jīng)過采樣離散化，通過濾波前設(shè)置一個單位的延遲，經(jīng)過求和模塊即可求出輸入的距離真實值即量測值與預(yù)測距離值之間的差值作為誤差輸入濾波器，從而實現(xiàn)誤差產(chǎn)生器功能。濾波器通過不斷的迭代誤差值從而實現(xiàn)濾波，減小量測值和預(yù)測值之間的誤差，形成閉環(huán)跟蹤，進而實現(xiàn)對目標的正確跟蹤定位。此外，因為在現(xiàn)代測量雷達中已普遍采用了中頻采樣、數(shù)字脈壓等技術(shù)，當前周期的回波信息（如距離誤差）需要延遲K個重復(fù)周期才能送至測距系

18、統(tǒng)，K大約為23，相當于在距離跟蹤回路里引入了一個二階或三階的延遲環(huán)節(jié)，K需要根據(jù)實際延遲的重復(fù)周期數(shù)來確定。引入延遲環(huán)后其離散化回路的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2 引入了K階延遲環(huán)節(jié)的II型線性離散系統(tǒng)距離跟蹤回路的結(jié)構(gòu)圖2中，D代表誤差產(chǎn)生器，是單位延時算子，是積分器的傳遞函數(shù)，、分別是距離支路濾波增益系數(shù)和速度支路的濾波增益系數(shù)，K為延遲的重復(fù)周期數(shù)。該跟蹤回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為：(2-21)當K=0時，圖2所示回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)的表達式為： (2-22)當K=2時，圖2所示回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)的表達式為： (223)當K=3時，圖2所示回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)的表達式為： (2-24)六、

19、實驗步驟1、基于Simulink中構(gòu)造出濾波器模型可以在Simulink中方便地構(gòu)造出濾波器模型。建立模型時，為了使仿真效果更好，在回路中加入一個延遲環(huán)，但在實際應(yīng)用中通常加入兩個到三個延遲環(huán)。建立上述模型所需要的系統(tǒng)模塊均可在Simulink公共模塊庫中方便的選用。在Matlab命令窗口中輸入simulink或者直接點擊菜單欄上的快捷啟動按鈕，啟動Simulink Library Browser并新建一個系統(tǒng)模型文件，命名為abfilter.mdl（Simulink Model File）保存，將需要使用到的模塊拖拽到系統(tǒng)模型文件的編輯窗口中。下面將建立濾波器仿真模型需要用到的模塊列出如下：

20、（1）系統(tǒng)輸入模塊庫（Source）中的階躍信號Step模塊：產(chǎn)生一個階躍輸入信號，便于觀測波形從而進行濾波器增益系數(shù)的選擇。（2）離散系統(tǒng)模塊庫（Discrete）中的零階采樣和保持器Zero-Order Hold：輸入信號每過一個采樣時間更新一次，并且保持到下一次采樣（輸入信號可以是標量，向量等，將連續(xù)信號離散化），對連續(xù)的階躍信號進行采樣，使信號離散化；單位延遲模塊Unit Delay：線性離散系統(tǒng)的零極點模塊Discrete Zero-Pole：實現(xiàn)積分器的傳遞函數(shù)。（3）數(shù)學(xué)運算庫（Math）中的增益模塊Gain：設(shè)置濾波器的增益系數(shù)和；求和模塊Sum：求和以及求差值，在濾波器輸入部

21、分作為誤差產(chǎn)生器，濾波器中實現(xiàn)疊加運算。（4）系統(tǒng)輸出模塊（Sinks）中的Scope模塊：對動態(tài)系統(tǒng)的仿真結(jié)果或系統(tǒng)模型中指定的信號進行定性分析。這里為了直觀地觀察到濾波器跟蹤預(yù)測效果，將一個Scope與輸入濾波器的誤差信號相連接，另外用一個信號組合器MUX將原始輸入的階躍信號，以及經(jīng)過濾波器后得到的跟蹤預(yù)測信號組合起來同時送給另一個Scope1以便于觀察二者波形，直觀定性的觀察濾波器跟蹤效果。以Simulink模型中三個基本元素：信號源模塊、系統(tǒng)模塊和輸出顯示模塊之間的相互關(guān)系為建立模的整體思路，結(jié)合濾波器原理詳細的說明，即可將各個模塊連接如圖3所示。圖3 Alpha-Beta濾波器仿真模

22、型模型建立好之后即可進行系統(tǒng)的仿真分析。Simulink仿真包括兩個階段：初始化階段和模型執(zhí)行階段。（1） 模塊初始化。在初始化階段主要完成以下工作：模型參數(shù)傳遞給Matlab進行估值，得到的數(shù)值結(jié)果將作為模型的實際參數(shù)；展開模型的各個層次，每一個非條件執(zhí)行的子系統(tǒng)被它所包含的模塊替代；模型中的模塊按更新的次序進行排序。排序算法產(chǎn)生一個列表以確保具有代數(shù)環(huán)的模塊在產(chǎn)生它的驅(qū)動輸入的模塊更新后才更新；決定模型中有無顯示式設(shè)定的信號屬性，如名稱、數(shù)據(jù)類型等等，并且檢查每個模塊是否能夠接收連接到它們輸入端的信號。Simulink使用屬性傳遞的過程來確定為被設(shè)定的屬性，這個過程將源信號的屬性傳遞到它所

23、驅(qū)動的模塊輸入端作為輸入信號；決定所有無顯示設(shè)定采樣時間的模塊的采樣時間；分配和初始化用于存儲每個模塊的狀態(tài)和輸入當前的存儲空間。（2） 模型執(zhí)行。一般模型是使用數(shù)值積分來進行仿真的。所運用的仿真解算器，及仿真算法，依賴于模型提供的連續(xù)狀態(tài)微分能力。計算微分分為兩個步驟：首先按照所排次序計算每個模塊的輸出；然后，根據(jù)當前時刻的輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分向量后再把它返回給解算器，用于計算下一個采樣點的狀態(tài)向量。當新的狀態(tài)向量計算完畢，被采樣的數(shù)據(jù)源模塊和接收模塊才被更新。仿真開始時，模型設(shè)定待仿真系統(tǒng)的初始狀態(tài)和輸出。每一個時間步中Simulink計算系統(tǒng)的輸入、狀態(tài)和輸出，并更新模型

24、來反映計算出的值。在仿真結(jié)束時，模型得出系統(tǒng)的輸入、狀態(tài)和輸出。因此建模后仿真前，還需要根據(jù)系統(tǒng)的要求設(shè)置各個模塊的參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)，如果沒有正確設(shè)置參數(shù)則仿真過程中會出現(xiàn)錯誤和警告，或者得到錯誤的仿真結(jié)果。例如，如果沒有正確設(shè)置每個模塊的采樣時間，則經(jīng)過濾波器濾波顯示的波形就是錯誤的，因為模擬的濾波器模型中既有連續(xù)模塊也有離散模塊，雖然運行時不會有出錯警告但是卻無法得到預(yù)期正確的實驗結(jié)果。濾波器模型中各個模塊參數(shù)設(shè)置如下：（1） 階躍信號Step模塊：使用系統(tǒng)的默認取值，即單位階躍信號。（2） 零階采樣和保持器Zero-Order Hold：設(shè)置采樣時間（Sample time）為1/30

25、0。（3） 單位延遲模塊Unit Delay：初始狀態(tài)（Initial condition）設(shè)置為0.0，采樣時間設(shè)置為1/300，延遲數(shù)（Number of delay）取默認值1。（4） 增益模塊Gain：將距離支路增益重命名為alpha，速度支路增益重命名為beta。根據(jù)經(jīng)驗值暫時設(shè)定一個最初的增益取值，經(jīng)過仿真后不斷進行調(diào)整，得到一個最佳值，采樣時間為1/300，其它值設(shè)置為默認值。（5） 線性離散系統(tǒng)的零極點模塊Discrete Zero-Pole：設(shè)置零點Zeros為0，設(shè)置極點Poles為1，增益為1，采樣時間設(shè)置為1/300。在設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)之后，還應(yīng)使用Simulation

26、菜單下的Configuration Parameters設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)，具體設(shè)置如下所述：（1） 仿真時間范圍為010s。（2） 使用變步長連續(xù)求解器，仿真算法為ode45。（3） 最大仿真步長設(shè)置為auto或0.01（要小于采樣時間1/300）。（4） 絕對誤差為1e-6。（5） 其余仿真參數(shù)使用默認取值。設(shè)置好各個模塊參數(shù)以及系統(tǒng)仿真參數(shù)，并檢查連接無誤以后即可對系統(tǒng)模型運行仿真。對模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)進行合適的設(shè)置并運行系統(tǒng)進行仿真，仿真結(jié)束后打開Scope模塊，由它的窗口可以觀察到跟蹤預(yù)測的誤差以及跟蹤預(yù)測波形與原始階躍函數(shù)波形的圖像。通常精密跟蹤測量雷達測距系統(tǒng)典型的工程技術(shù)指標

27、要求重復(fù)頻率即采樣頻率一般為585.5322Hz或292.7661Hz，通常仿真時可以設(shè)置為300Hz或600Hz，在以上的模塊參數(shù)設(shè)置中將重復(fù)頻率設(shè)置為300Hz。根據(jù)經(jīng)驗值最初設(shè)定，得到最初的跟蹤波形，誤差值相對較大，經(jīng)過仿真調(diào)整設(shè)定一組和值見表2.1，相應(yīng)的仿真波形如圖4。表2. 1濾波器增益系數(shù)仿真值序號距離支路增益系數(shù)alpha速度支路增益系數(shù)beta10.095080.000888920.15260.00333330.19840.01444a序號1參數(shù)對應(yīng)跟蹤預(yù)測誤差b序號1參數(shù)對應(yīng)實際波形與預(yù)測波形比較c序號2參數(shù)對應(yīng)跟蹤預(yù)測誤差d序號2參數(shù)對應(yīng)實際波形與預(yù)測波形比較e序號3參數(shù)

28、對應(yīng)跟蹤預(yù)測誤差f序號3參數(shù)對應(yīng)實際波形與預(yù)測波形比較圖4 三組數(shù)對應(yīng)的據(jù)仿真波形圖由以上仿真的波形及數(shù)據(jù)可以看出：當和這兩個增益取值較小時，在初始預(yù)測時能有效減少跟蹤誤差，但是濾波跟蹤速度較慢；當和這兩個增益值取較大值時，濾波器能夠較快的跟蹤運動目標，但是，初始時不能快速減少跟蹤誤差值，因此在實際應(yīng)用中需要綜合考慮各種因素，折中選擇合適的距離支路增益系數(shù)值和速度支路增益系數(shù)值。2、濾波器Matlab函數(shù)實現(xiàn)由濾波器可以在Matlab中用函數(shù)實現(xiàn)，并且Matlab本身具有豐富的內(nèi)部函數(shù)，例如需要用到的零均值高斯白噪聲函數(shù)，在Matlab中就不需要另外編寫噪聲函數(shù)。圖形繪制函數(shù)等大大簡化了編程問

29、題。要在Matlab函數(shù)實現(xiàn)濾波器并且進行相關(guān)濾波性能的比較，在了解原理及濾波算法之后，最重要的還要考慮增益系數(shù)的選擇，在考慮如何選擇增益系數(shù)的方法之前，先考慮濾波器的主要目的。使用濾波器的主要目的可以從兩方面來闡述：一方面，濾波器需要良好的跟蹤噪聲減少，要求小的a 和b；另一方面，濾波器必須能以盡可能小的殘余（跟蹤誤差）有良好的跟蹤機動跟蹤能力，要求大的a 和b。這兩方面是相互矛盾的，雖然總是要求折中考慮，但平滑方程應(yīng)建立在對于期望跟蹤噪聲衰減的最佳折中上。Benedict和Bordner定義了一種瞬時跟蹤能力的方法，并將a 和b 的關(guān)系表示為：(2-25)這樣，可以選擇滿足上式的a 和b

30、以便使跟蹤濾波器跟隨一個特定的值變化。在這種情況下，可以根據(jù)平滑系數(shù)的基礎(chǔ)上來選擇濾波器的增益系數(shù)，其中。增益系數(shù)為： (2-26) (2-27)當深度平滑時，輕度平滑時。結(jié)合濾波器原理部分的介紹和上面濾波器增益系數(shù)的選擇說明，可以用Matlab語言編輯M文件命名為ab.m來實現(xiàn)濾波器的功能。調(diào)用ab.m函數(shù)的句法為：residual,estimate=ab(X0,smoocof,inp,npts,T,nvar)。其中使用的符號說明見表2.2。表2.2 ab.m函數(shù)符號說明符號描述狀態(tài)X0初始狀態(tài)向量輸入smoocof希望的平滑系數(shù)輸入inp位置測量陣列輸入npts輸入位置中的點數(shù)輸入T取樣間

31、隔輸入nvar加入的噪聲方差輸入residual位置誤差（殘余）陣列輸出estimate預(yù)計位置陣列輸出功能實現(xiàn)函數(shù)及相關(guān)說明如下：functionresidual,estimate=ab(X0,smoocof,inp,npts,T,nvar)rn=1.;X=X0; %讀入預(yù)測估計的初始狀態(tài)向量theta=smoocof; %設(shè)定平滑系數(shù)值w1=1.-(theta3); %計算距離支路增益系數(shù)w2=(1.-theta)2)/T; %計算速度支路增益系數(shù)PHI=1,T;0,1; %設(shè)置傳輸矩陣PHI，詳見原理部分介紹公式（2-13）while rnnpts;XN=PHI*X; %由狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣預(yù)

32、測下一狀態(tài)值error=(inp(rn)+normrnd(0,nvar)-XN(1);residual(rn)=error; %輸出跟蹤預(yù)測誤差值tmp1=w1*error;tmp2=w2*error; X(1)=XN(1)+tmp1; %計算下一個狀態(tài)值X(2)=XN(2)+tmp2;estimate(rn)=X(1); %輸出距離跟蹤預(yù)測值rn=rn+1.;endreturn其中使用函數(shù)normrnd.m來產(chǎn)生零均值高斯白噪聲，零均值高斯白噪聲是Matlab統(tǒng)計工具箱的一部分。程序中normrnd(0,nvar)就是產(chǎn)生均值為零，均方誤差為nvar的高斯白噪聲。為直觀的觀察函數(shù)的濾波效果，

33、可以通過Matlab中繪圖功能將信號實際值和跟蹤預(yù)測值的曲線圖形繪出。將目標軌跡設(shè)置為，其中采樣點數(shù)為5000點，時間范圍是01秒，誤差取500個點，時間范圍是00.1秒，噪聲方差取值為0.01（可根據(jù)實際的環(huán)境調(diào)整噪聲方差）。平滑系數(shù)分別取兩個不同值0.1和0.9，并分別畫出跟蹤預(yù)測波形和實際波形比較圖形以及跟蹤預(yù)測誤差曲線，其中跟蹤誤差為真值與正態(tài)分布的系統(tǒng)噪聲的和減去跟蹤結(jié)果的差值。產(chǎn)生圖形對應(yīng)的部分程序如下：clear all;eps=0.0000001; %設(shè)置浮點相對精度npts=5000; %設(shè)置輸入序列長度del=1./5000.; %采樣間隔t=0.:del:1.;inp=1

34、+t.3+.5.*t.2; %產(chǎn)生輸入序列（可以通過改變這里設(shè)定不同的輸入）X0=3,1; %讀入初始預(yù)測狀態(tài)向量T=100.*del; %更新時間間隔xi=0.1; %平滑系數(shù)（分別設(shè)置為0.1和0.9得到兩個不同平滑系數(shù)的圖形）residual,estimate=ab(X0,xi,inp,npts,T,.01); %調(diào)用ab.m函數(shù)進行濾波通過繪圖函數(shù)plot分別繪出平滑系數(shù)為0.1和0.9時的實際值與跟蹤預(yù)測值比較圖形分別如圖5和圖7所示，以及跟蹤預(yù)測殘余的誤差值分別如圖4和圖6所示。圖5平滑系數(shù)=0.1時輸入曲線和跟蹤預(yù)測曲線圖6 平滑系數(shù)=0.1時的跟蹤誤差圖7 平滑系數(shù)=0.9時輸

35、入曲線和跟蹤預(yù)測曲線圖8 平滑系數(shù)=0.9時的跟蹤誤差曲線由跟蹤結(jié)果可以看出，當時，跟蹤波形毛刺較多，收斂較快，但誤差較大；當時跟蹤曲線比較平滑，收斂速度較慢，誤差很小。由此可得，平滑系數(shù)越小，收斂速度越高，但跟蹤誤差較大，精度較差；越大收斂速度越慢，但跟蹤誤差較小，精度較高。改變輸入的目標軌跡可以的到不同的波形，跟蹤規(guī)律與上述波形的規(guī)律相似，誤差波動范圍也相一致。不同的跟蹤效果主要取決于濾波器距離支路增益系數(shù)和速度支路增益系數(shù)的設(shè)置，上述方法將二者同一歸結(jié)于對平滑系數(shù)的選取。3、濾波器的函數(shù)實現(xiàn)及結(jié)果分析與濾波器進行類比，結(jié)合濾波器原理部分對濾波器濾波方程和預(yù)測方程的介紹并參照增益系數(shù)的選擇

36、方法中的方法一，同樣用Matlab語言對濾波器編程仿真，按照濾波器函數(shù)ab.m的編程思路，相似的可以編寫出Matlab程序，并保存為M文件abg.m來實現(xiàn)濾波器的功能。它的句法為：functionresidual,estimate=abg(X0,smoocof,inp,npts,T,nvar)。其中符號說明與ab.m函數(shù)符號說明相同見表3.1，而函數(shù)的不同點主要在于濾波器增益系數(shù)的計算以及濾波算法的的區(qū)別，這些區(qū)別已在原理部分進行了詳細的論述。下面對功能函數(shù)進行詳細說明：functionresidual,estimate=abg(X0,smoocof,inp,npts,T,nvar)rn=1.

37、;X=X0;%讀入預(yù)測估計的初始狀態(tài)向量theta=smoocof;%設(shè)定平滑系數(shù)值w1=1.-(theta3);%計算距離支路增益系數(shù)w2=1.5*(1.+theta)*(1.-theta)2)/T;%計算速度支路增益系數(shù)w3=(1.-theta)3)/(T2);%計算加速度支路增益系數(shù)PHI=1,T,(T2)/2.;0,1,T;0,0,1.;%設(shè)置狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣while rnnpts; XN=PHI*X;%由狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣預(yù)測下一狀態(tài)值 error=(inp(rn)+normrnd(0,nvar)-XN(1);%計算跟蹤預(yù)測殘余誤差 residual(rn)=error;%輸出跟蹤預(yù)測誤差

38、tmp1=w1*error; tmp2=w2*error; tmp3=w3*error; X(1)=XN(1)+tmp1; %濾波方程組預(yù)測下一個狀態(tài)值 X(2)=XN(2)+tmp2; X(3)=XN(3)+tmp3; estimate(rn)=X(1);%輸出距離跟蹤預(yù)測值 rn=rn+1.;endreturn同樣可以通過Matlab中繪圖功能將信號實際值和跟蹤預(yù)測值的曲線圖形繪出。設(shè)置目標軌跡為，其中采樣點數(shù)為5000點，時間范圍是01秒，誤差取500個點，時間范圍是00.1秒，噪聲方差取值為0.01（可根據(jù)實際的環(huán)境調(diào)整噪聲方差）。平滑系數(shù)分別取0.1和0.9，并分別畫出跟蹤預(yù)測波形和

39、實際波形比較圖形以及跟蹤預(yù)測誤差曲線，其中跟蹤誤差為真值與正態(tài)分布的系統(tǒng)噪聲的和減去跟蹤結(jié)果的差值。產(chǎn)生圖形相應(yīng)的部分程序說明如下：clear all;eps=0.0000001; %設(shè)置浮點相對精度npts=5000; %設(shè)置輸入序列長度del=1./5000.; %采樣間隔t=0.:del:1.;inp=1+cos(2.*pi.*7.*t)+0.5.*t.2+t.3; %產(chǎn)生輸入序列（可以通過改變這里設(shè)定不同的輸入）X0=3,1,0; %讀入初始預(yù)測狀態(tài)向量T=100.*del; %更新時間間隔xi=0.1; %平滑系數(shù)（分別設(shè)置為0.1和0.9得到兩個不同平滑系數(shù)的圖形）residual

40、,estimate=abg(X0,xi,inp,npts,T,.01); %調(diào)用abg.m函數(shù)進行三階濾波。通過繪圖函數(shù)plot分別繪出平滑系數(shù)為0.1和0.9時相應(yīng)的實際值與跟蹤預(yù)測值比較圖形分別如圖9和圖11所示，以及跟蹤預(yù)測殘余的誤差值分別如圖10和圖12所示。圖9 平滑系數(shù)=0.1時輸入曲線和跟蹤預(yù)測曲線圖10 平滑系數(shù)=0.1時的跟蹤誤差圖11 平滑系數(shù)=0.9時輸入曲線和跟蹤預(yù)測曲線圖12平滑系數(shù)=0.9時的跟蹤誤差由跟蹤結(jié)果可以看出，當時，跟蹤波形毛刺較多，收斂較快，但誤差較大；當時跟蹤曲線比較平滑，收斂速度較慢，誤差很小。由此可得，平滑系數(shù)越小，收斂速度越高，跟蹤誤差大，精度越

41、差；越大收斂速度越低，跟蹤誤差小，精度越高。同樣如果改變輸入的目標軌跡也可以的到不同的波形，跟蹤規(guī)律與上述波形的規(guī)律相似，即誤差波動范圍相一致。不同的跟蹤效果主要取決于濾波器距離支路增益系數(shù)、速度支路增益系數(shù)加速度支路增益系數(shù)三個系數(shù)值的設(shè)置，上述方法選擇將三者同一歸結(jié)于對平滑系數(shù)的選取。根據(jù)需要選取不同的平滑系數(shù)值就會的到不同的跟蹤效果。通過設(shè)置不同的輸入信號可以發(fā)現(xiàn)，濾波器和濾波器均可以對目標實現(xiàn)有效的跟蹤，改變平滑系數(shù)的取值會獲得不同的跟蹤預(yù)測效果。七、實驗思考1濾波與Kalman濾波關(guān)系。八、實驗報告要求及格式實驗報告應(yīng)在整理與計算實驗數(shù)據(jù)記錄的基礎(chǔ)上寫出。不同的實驗類型，要求的實驗報

42、告的內(nèi)容也不同。但每份實驗報告都應(yīng)有如下的報頭：雷達對抗與技術(shù)實驗報告姓名 班級 實驗組別 同組者 實驗日期 指導(dǎo)教師 實驗名稱實驗報告的主要內(nèi)容應(yīng)包括：實驗?zāi)康模粚嶒瀮?nèi)容；經(jīng)過整理的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果(列成表格)；結(jié)論與討論注意：實驗報告要求字跡清楚，數(shù)據(jù)明了，內(nèi)容齊全。實驗三 精密時序產(chǎn)生一、 實驗?zāi)康睦走_定時器是為了能讓雷達全系統(tǒng)同步工作，向雷達的各個分系統(tǒng)提供各種同步信號和狀態(tài)信號等。本實驗要求基于FPGA實現(xiàn)雷達定時器的功能。二、 實驗設(shè)備1 計算機三、實驗內(nèi)容了解基于FPGA的雷達定時器的基本原理，分析了定時器的具體設(shè)計方法。使用Verilog HDL語言來進行編程，以Altera公司

43、開發(fā)的EDA工具Quartus作為編譯、仿真平臺，給出真結(jié)果。四、實驗要求1、預(yù)習要求 （1）熟悉FPGA開發(fā)流程； （2）了解基于FPGA實現(xiàn)雷達定時器。2、課后要求 按照實驗內(nèi)容和實驗步驟完成實驗內(nèi)容，課后完成實驗報告。五、 實驗原理定時器是雷達系統(tǒng)的重要組成部分，它為雷達全機提供所需的各種主脈沖定時信號和波門定時信號。在最初的設(shè)計中，定時器大多采用純硬件的實現(xiàn)方法，用分立元件搭建邏輯電路，電路復(fù)雜，工作量大，可讀性差，可靠性低，根據(jù)特定的需求設(shè)計特定的電路，基本不具備通用性。在采用可編程器件后，可以盡可能在可編程器件內(nèi)部實現(xiàn)所有功能，減少外圍器件，以達到統(tǒng)一板級設(shè)計，提高定時精度及可靠性

44、，降低成本，以及實現(xiàn)硬件的靈活配置的目的。FPGA在繼承中小規(guī)模集成電路EPLD優(yōu)點的基礎(chǔ)上又具備集成度高、輸入輸出口數(shù)量多等特點，將其應(yīng)用在定時器中，就可以用比以前少得多的硬件來實現(xiàn)比以前復(fù)雜得多的邏輯時序關(guān)系。隨著現(xiàn)代雷達技術(shù)的不斷發(fā)展，對定時器小型化、模塊化、通用性、可編程性、可修改性的要求越來越迫切，F(xiàn)PGA的應(yīng)用則能滿足這些方面的需要。定時器模塊設(shè)計的特點是：采用大容量FPGA，盡可能在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)所有功能，減少外圍器件，以達到統(tǒng)一板級設(shè)計、提高定時精度及可靠性、降低成本、實現(xiàn)硬件的靈活配置的目的。定時器包括主脈沖定時信號產(chǎn)生模塊、波門定時信號產(chǎn)生模塊、I/O譯碼模塊、讀寫模塊等

45、部分。I/O譯碼模塊通過對DSP進行譯碼將數(shù)據(jù)送往主脈沖定時信號產(chǎn)生模塊或波門定時信號產(chǎn)生模塊。定時產(chǎn)生模塊采用FPGA，結(jié)合I/O譯碼模塊的控制等功能構(gòu)成核心的時序產(chǎn)生電路，可方便地對定時時序進行修改調(diào)試，產(chǎn)生各路定時信號，該模塊根據(jù)各分系統(tǒng)的要求，將各路定時信號以不同的信號形式送往各分系統(tǒng)，此部分電路將留有冗余通道備用，并具有對送往不同分系統(tǒng)的信號延時進行補償?shù)墓δ?。原理框圖見圖1。圖1 定時器框圖雷達系統(tǒng)中的定時器的時序電路設(shè)計主要分為主脈沖定時信號的時序電路設(shè)計和波門定時信號的時序電路設(shè)計兩大部分。產(chǎn)生主脈沖定時信號的時序電路，利用外部送來的時鐘產(chǎn)生雷達工作重頻的方波、發(fā)射主脈沖及雷達

46、工作所需的各種主脈沖導(dǎo)前或滯后信號。產(chǎn)生波門定時信號的時序電路則是根據(jù)距離碼產(chǎn)生正常波門、波門導(dǎo)前或滯后信號。這里以主脈沖定時信號的產(chǎn)生為例介紹定時器的原理。首先設(shè)置主脈沖信號為低電平或者高電平，并使計數(shù)器在輸入時鐘下計數(shù)，當計數(shù)到某個設(shè)定值時，使主脈沖信號反向跳變，然后使計數(shù)器歸零重新計數(shù)，這樣就可以產(chǎn)生周期性的主脈沖信號，通過設(shè)置計數(shù)值就可以設(shè)置主脈沖的周期了；若指定某一個脈沖為主脈沖，則在此脈沖之前的脈沖稱為主脈沖導(dǎo)前信號，在其之后的脈沖稱為主脈沖滯后信號，產(chǎn)生這些導(dǎo)前或者滯后脈沖信號的方法與主脈沖信號產(chǎn)生的方法是類似的，都是通過同一計數(shù)器在不同的計數(shù)值時使信號發(fā)生跳變即可。波門定時信號

47、的產(chǎn)生原理、過程與主脈沖定時信號的產(chǎn)生原理、過程類似。現(xiàn)在雷達工作方式多樣、定時時序關(guān)系變化復(fù)雜，控制信號由DSP輸出并發(fā)送到雷達的定時器和其他系統(tǒng)，定時器的控制部分由I/O譯碼模塊、讀寫模塊等組成。其中I/O譯碼模塊完成的功能是接收DSP送來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)送過來的地址數(shù)據(jù)進行譯碼，進而控制FPGA完成相應(yīng)的操作，這些操作包括主脈沖頻率選擇，模擬目標中心位置數(shù)據(jù)傳輸和波門中心位置數(shù)據(jù)傳輸；讀寫模塊完成的功能是根據(jù)I/O譯碼模塊的控制信號完成主脈沖頻率設(shè)置，模擬目標中心位置設(shè)置以及波門中心位置設(shè)置等操作。在完成定時器的基本功能時也可以在FPGA中再加入兩個擴展模塊，分別是模擬目標模塊和目標檢測模

48、塊，模擬目標模塊完成的功能是根據(jù)設(shè)置好的模擬目標中心位置產(chǎn)生相應(yīng)的模擬目標；目標檢測模塊完成的功能是對波門內(nèi)的目標進行檢測，當檢測到波門內(nèi)有目標時輸出目標中心所在波門的相對位置。六、 實驗步驟編程和仿真都是基于QUARTUS II平臺下進行。1、進入QUARTUS II。2、新建工程。3、系統(tǒng)整體設(shè)計定時器可分為時序電路部分和控制電路部分，而時序電路部分又可分為主脈沖定時信號的時序電路設(shè)計和波門定時信號的時序電路設(shè)計兩大部分，因此開始設(shè)計的首要任務(wù)是確定各個信號間的時延關(guān)系，然后根據(jù)這些信號間的時延關(guān)系設(shè)置計數(shù)值，并使相應(yīng)的信號在其設(shè)定好的計數(shù)值發(fā)生相應(yīng)的信號跳變。各個信號的脈寬以及信號間的時

49、延關(guān)系示意如圖2所示：圖2 主脈沖、波門及各導(dǎo)前滯后脈沖信號時序圖在設(shè)定好各個脈沖信號間的時序關(guān)系后，就可以根據(jù)他們的時間先后順序在同一個計數(shù)器的不同計數(shù)值分別使相應(yīng)的信號產(chǎn)生跳變從而產(chǎn)生各個脈沖信號，在完成主脈沖信號及各個導(dǎo)前滯后脈沖信號的產(chǎn)生后再加上相應(yīng)的定時器控制電路部分就可以組成一個完整的定時器系統(tǒng)了。定時器的控制電路部分可分為I/O譯碼模塊、讀寫模塊、模擬目標模塊、目標檢測模塊等。其中I/O譯碼模塊完成的功能是接收DSP送來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)送過來的地址數(shù)據(jù)進行譯碼，進而控制FPGA完成相應(yīng)的操作，這些操作包括主脈沖頻率選擇，模擬目標中心位置數(shù)據(jù)傳輸和波門中心位置數(shù)據(jù)傳輸；讀寫模塊完成的

50、功能是根據(jù)I/O譯碼模塊的控制信號完成主脈沖設(shè)置，模擬目標中心位置設(shè)置以及波門中心位置設(shè)置等操作；模擬目標模塊完成的功能是根據(jù)設(shè)置好的模擬中心目標位置產(chǎn)生相應(yīng)的模擬目標；目標檢測模塊完成的功能是對波門內(nèi)的目標進行檢測，當檢測到波門內(nèi)有目標時輸出目標中心所在波門的相對位置。定義好各個模塊的功能，并在熟悉了Verilog HDL語言的基本語法后，就可以根據(jù)各個模塊的功能進行編程了。4、系統(tǒng)各個模塊設(shè)計定時器的整體設(shè)計已經(jīng)在上面進行了論述，由于使用Verilog HDL在Quartus軟件中進行程序編寫有一個好處，就是可以將整個設(shè)計分成相應(yīng)的模塊，再依次編寫每個模塊的程序，然后分模塊進行功能仿真，如

51、果仿真通過或者滿足設(shè)計的要求時，可以將該模塊生成一個原理圖元件，等到所分模塊的功能都能實現(xiàn)時，再把各個模塊通過電路原理圖的方式連接起來，最終組成設(shè)計的整個系統(tǒng)。這種方法也稱為“自頂向下”設(shè)計方法。這樣設(shè)計的好處是可以將一個大的系統(tǒng)先分模塊設(shè)計，這就允許多個設(shè)計者同時設(shè)計一個硬件系統(tǒng)中的不同模塊，以節(jié)省時間；而且這樣設(shè)計后，對系統(tǒng)進行調(diào)試，改錯也相對明了，可移植性也大大提高了。本設(shè)計就是使用“自頂向下”的方法進行設(shè)計的?？蓪⒄麄€系統(tǒng)分為計數(shù)器模塊、主脈沖模塊。下面就分模塊一一介紹。4.1 計數(shù)器模塊設(shè)計計數(shù)器模塊是在外加時鐘的促發(fā)下進行計數(shù)，由于本系統(tǒng)輸入的是50MHz的時鐘，即每計數(shù)一次的時間為20ns，然后通過設(shè)置相應(yīng)的計數(shù)值，就可以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的主脈沖信號了。該模塊的主體程序為：always ( negedge pow_rst or posedge CLK50MHz ) if ( ! pow_rst ) Q_AP = 0; else begin Q_AP = Q_AP+1; if (Q_AP=prf_cn