Radio-Frequency Signal Synthesis and Digital Signal Processing Technique for Software Defined Radar System

Cet ouvrage présente de façon concise l'exécution autonome d'un système économique de radar défini par logiciel, basé sur le design de Ph D. Hui Zhang. L'un des objectifs de cette mise en œuvre est la réalisation d'une version planaire miniaturisée d'un système de radar en utilisant la technique planaire du « guide d'onde intégré au substrat »(GIS). Le rôle du système de radar défini par logiciel est de mesurer la vitesse, la portée et l'angle d'une cible à l'aide d'un appareil de radar planaire. Afin de mesurer ces paramètres, ce système de radar défini par logiciel combine deux types de fonctions incluant «l'onde continue à modulation fréquentielle » (OCMF) et « l'onde continue » (OC) dont l'aiguillage entre elles est contrôlé par un logiciel via un micro-processeur. Le synthétiseur de fréquence est démarré par un DDS qui peux générer un signal flexible comme OC et OCMF, et puis un PLL est utilisé pour augmenter la fréquence du signal DDS. À la sortie de DDS et PLL, un transmetteur est installé ayant pour rôle d'effectuer une nouvelle mise à niveau du signal avant de le transmettre à une antenne GIS. Avec une antenne GIS planaire ayant un gain élevé et une taille réduite, l'onde électromagnétique (OEM) est rayonnée dans un angle étroit. Après que la cible rencontrée réfléchit l'OEM, l'antenne réceptrice à deux canaux reçoit le signal réfléchi et le transfère au récepteur. Selon l'Effet Doppler, la mesure de vitesse est effectuée par CO et ensuite, la portée est mesurée par FMCW. Finalement, ce radar obtient l'angle mesuré par la différence de phases entre les deux canaux d'antenne. Le sous-ensemble suivant le récepteur est le système de traitement numérique du signal avec un convertisseur analogique-numérique (ADC en anglais). Ce ADC échantillonne le signal analogique avec une fréquence de 82KHz et une résolution de 8bit. Puis, un calcul FFT est effectué sur les données de formes d'ondes venant des deux canaux et l'information de la fréquence est cueillie sur la cible. Finalement, quelques algorithmes sont exécutés pour avoir la vitesse, la portée et l'information de l'angle de la cible.

Abstract

This work presents a complete hardware and standalone implementation of a cost-effective software-defined radar system based on the architecture proposed during the thesis work of Hui Zhang, a former Ph.D. student. One objective of this implementation is to realize the planarization and miniaturization of such a radar system by deploying the substrate integrated waveguide (SIW) technology. The requirement of software-defined radar systems is to measure the speed, range and angle of a target by an integrated planar circuit platform. In order to satisfy this requirement, this developed software-defined radar system combines two functions, namely, frequency modulated continuous wave (FMCW) and continuous wave (CW), and the switching between them is controlled by software running in a micro-processor. In our implementation, the frequency synthesizer is configured by a direct digital synthesizer (DDS) which can flexibly generate various signals such as CW and FMCW. In addition, a phase-locked loop (PLL) is used to up-convert the signal from DDS to an upper frequency platform. Subsequently, the generated high frequency signal is transmitted by a power amplifier and radiated by an SIW antenna. Electromagnetic waves (EMW) are radiated in a narrow angle range thanks to attractive characteristics of the SIW antenna such as high gain, small size, and planar implementation. Echoed by the target, the EMW are received by two receiving antennas and then they are sent to a receiver front-end. According to the use of Doppler Effect, the speed measurement is accomplished by using the CW waveform while the range is measured by the FMCW waveform. Moreover, the presented radar system yields the angle measured by using a phase difference between the two receiving channels. The subsystem following the receiver is the digital signal processing unit with an analog digital converter (ADC) as the interface between the analog and the digital parts. The ADC samples the analog signal with a rate of 80 kHz and a resolution of 8 bit. Then FFT calculations are carried out to generate the waveform data from both channels and, the frequency information about the target is found from which the speed, range and angle information of the target can be obtained.