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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PMP8A113

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DDS158

5.2 DDS的分类160

5.2.1 脉冲输出DDS160

5.2.2 无杂散小数分频DDS161

5.2.3 相位内插DDS161

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DDS186

5.7.5 Wheatley抖动注入DDS186

5.7.6 随机的DAC DDS187

5.7.7 非均匀时钟DDS188

5.7.8 平均DAC DDS188

5.7.9 噪声整形法——DDS189

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HSP50214B281

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