（电路与系统专业论文）基于DDS技术的雷达波形发生器的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

ab s t r a c t t h i s p a p e r i s m a i n l y c o n c e r n e d w i t h t h e g e n e r a t i n g t e c h n o l o g y o f r a d a r s i g n a l w a v e f o r m s . t h e t h e o r e t i c b a s i s o f r a d a r w a v e f o r m s i s i n tr o d u c e d a t f i r s t ， i n c l u d in g r a d a r s i g n a l d e t e c t io n a n d p a r a m e t e r e s t i m a t i o n , a m b i g u i t y f u n c t i o n a n d r e s o l u t io n t h e o r y ， s i g n a l f o r l a r g e t i m e w i d t h b a n d w i d t h p r o d u c t -p u l s e c o m p r e s s a n d s o o n ; s o m e b r o a d i m p o r t a n t c o n c l u s i o n s a r e g i v e n , p r o v i d i n g e s s e n t i a l t h e o r e t i c f o u n d a t i o n f o r t h i s p a p e r . t h e m a t h e m a t i c a l e x p r e s s i o n o f c h i r p i s a n a l y z e d i n t h i s p a p e r . c o m b i n e d w i t h d d s p r o d u c t一a d 9 8 5 4 ,t h i s p a p e r s e c o n d l y p r e s e n t s t h e p r i n c i p l e , a p p l i c a t i o n a n d o u t p u t s p e c t r u m o f t h e d i r e c t d i g i t a l s y n t h e s i z e r . c o m b i n e d w i t h t h e r e a l i z a t i o n o f r a d a r s i g n a l p r o c e s s o r , a t e c h n i q u e c o n t r o l l e d b y d s p a n d c p l d t o g e n e r a t e v a r i o u s r a d a r w a v e f o r ms . t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e me t h o d s o f t h e s e w a v e f o r ms g e n e r a t i o n a n d m a k e s a n i n i t i a l a n a l y s i s o n t h e i r c i r c u i t s . i t i s s i m p l e i n s t r u c t u r e , s ma l l i n s i z e . a n d i t i s s u c c e s s f u l l y a d o p t e d i n c e rt a i n r a d a r . i t h a s h i g h r a t i o o f p e r f o r ma n c e o v e r p r i c e . k e y w o r d s : r a d a r wa v e f o r m; d i r e c t d i g i t a l f r e q u e n c y s y n t h e s i s ( d d s ) ; d s p; cpld y5 8 3 7 4 7 创新性说明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外， 论文中不包含其它人己 经发表或撰写过的研究成果; 也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中做 了明确的说明表示了谢意。 本人签名: 灌勇先 一日 期: j to 土位处 关于论文使用授权的说明 木人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即: 学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文;学校可以公布全部或部分内容， 可以允许 采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人鉴名 导师签名: a ,b n-5, 日 期 : j no土,s 日期:乡 价丫j一 s - 第一章绪论 第一章绪论 夸 1 . 1 研究背景与意义 雷达是对远距离目标进行无线电探测、定位、测距和识别的电子设各，无论 军用还是民用，都占据着重要位置。雷达技术的迅速发展，促使雷达性能不断提 高。就雷达信号产生而言，己由传统的模拟技术向数字技术方向发展。 雷达信号形式对目标参数的检测、估计精度、目 标识别能力和抗干扰性能等 都有着深刻的影响，是雷达总体设计中的重要内容之一。通常是根据雷达的不同 用途、性能要求，确定雷达的体制，设计合适的发射信号波形，从技术上产生所 需的雷达信号波形。 早期的雷达只有连续波和普通脉冲信号( 即矩形包络射频脉冲 形式) ， 技术虽然成熟， 但目 标参数的测量能力和精度受到限制， 远不能适应现代 电子战环境下对雷达发展的需求。 现代雷达面临着综合性电子干扰、反辐射导弹、低空和超低空突防以及隐身 技术等四大威胁，这就要求现代雷达具有反地物、抗无源和有源干扰、反隐身和 自 身生存的能力，信号具有频率捷变、波形参数捷变和自 适应跳频的能力。因此 对雷达信号产生器提出了越来越高的要求，要求它具有宽频带、高稳定、快速跳 变和输出任意波形的能力。宽带、超宽带、高稳定雷达信号对提高现有雷达的性 能以及研制新一代高性能雷达都具有非常重要的意义，它不仅增强雷达的反干扰 能力，有效地对付反辐射导弹，而且由于其相对带宽和绝对带宽都比较宽，在雷 达 成 像、 雷 达目 标识 别、 雷 达的 仰角 跟踪 等 方 面 都 有 重要的 应用。 它 是 新 一 代 雷 达的关键技术，具有广泛的军事应用和民用前景。 从雷达反对抗方面来看，不同的信号形式，对反侦察或截获、目 标信号的提 取、排除干扰等都有难易之分。因此，研究雷达信号形式是很重要的。 直接数字频率 合 成 ( d d s ) 技术是美国 学者7 .t i e r n c y , c .m .r a d e r 和b .g o l d 在1 9 7 1 年首次提出的。 这是一种全数字技术， 该技术从相位概念出发合成所需要 的波形。同传统的频率合成技术相比，d d s 技术具有很多优点:频率切换时间、 频率分辨率高、 相位变化连续、 容易实现对输出信号的多种调制等。 正是由于d d s 具有以上众多优点，受到人们广泛重视，成为频率合成技术的发展方向。 本文的内容是基于参与某雷达信号处理机研制工作的基础上展开的。结合工 程实践， 本文着重讨论了雷达信号设计理论和d d s的原理、 频谱分析以及多种杂 基于d d s 技术的雷达波形发生器的研究 散抑制方法，仿真了线性调频信号的时域波形、频域波形和模糊函数。此外还仿 真了相位抖动对d d s 输出谱质的改善。 采用通过d s p 和c p l d控制d d s的方式来产生多种雷达信号波形的方案， 信号具有频率捷变、波形参数捷变和自 适应跳频的能力。满足了雷达信号产生器 的具有宽频带、高稳定、快速跳变和输出任意波形的要求。本文介绍了采用d s f 和c p l d控制 d d s的雷达波形产生器的软硬件实现，由 于此方案也能方便的实 现雷达回波模拟， 本文也将有所设计。 通过实践， 我们认为 采用通过d s p 和c p l d 控制d d s的方式来产生多种雷达信号波形的波形产生器， 具有结构简单、 体积小、 能满足实时信号处理要求且系统稳定可靠的优点，在工程实践中取得了良好的应 用效果。 1 .2 论文的组织安排 木文的工作是结合某雷达的波形产生电路， 通过d s p 和c p l d 控制d d s 的方式 来产生多种雷达信号波形。 论文包括绪论、雷达信号基本理论、d d s原理、波形产生器的软硬件实现等 内容。 论文共分为四章，第一章为绪论，介绍了论文的研究背景与意义。第二章主 要介绍了雷达信号波形设计的理论基础，给出了在雷达信号处理中一些广泛应用 的重要结论，为本文的研究工作提供必要的理论依据。介绍了l f m 矩形脉冲信号 的数学模型。 第三章中介绍了d d s 的基本原理。 结合当 前最先进的d d s 芯片a d 9 8 5 4 说明了d d s 的特点和应用，然后分析了d d s 的输出信号频谱特性。第四章中主要 介绍某雷达波形产生电路的软硬件实现方法。结合d d s , d s p 以及c p l d 共同产生 多种雷达波形， 并对利用d s p 和c p l d 控制d d s 产生雷达回波的控制电路的实现方 法进行仿真。 在某雷达设计中还包括脉冲压缩、 m t d 等模块， 基于d d s的雷达波形产生只 是其中一个模块。本论文对基于d d s 的雷达波形产生的原理和实现方法作了大量 的理论分析和研究。 在附录a中给出了论文所需的a d 9 8 5 4 的寄存器分布表. 第二章 雷达信号基本理论 第二章 雷达信号基本理论 本章简要介绍雷达信号的基本理论，包括雷达信号检测与参量估计、模糊函 数与分辨理论、大时带积信号与脉冲压缩技术等几个方面，给出了在雷达信号处 理中一些广泛应用的重要结论，为本文的研究工作提供必要的理论依据。介绍了 l f m矩形脉冲信号的数学表达式和雷达波形设计的原则。 2 . 1 雷达信号波形设计的理论基础 2 . 1 . 1雷达信号检测与参量估计 雷达系统的首要任务是发现目标，这实际上就是在某种准则下的信号最佳检 测问题。 设一线性滤波器的冲激响应为h ( t ) ， 其频率响应为 h ( 动。 滤波器的输入信 号为: x (t ) 一 s , ( t ) + n , w ( 2 - 1 ) 其中 s ; ( t ) 为已 知 信号， 其 频 谱 为 s , ( w ) 一 皿 s ; (t ) - e - 0 -d t ( 2 - 2 ) 信号能量为 : = 会 .f js ,(r)id m ( 2 - 3 ) n ; ( t ) 为零均值的平 稳白 噪声，自 相关函 数为r ( z ) = n_ ，、 一n 丁 2 则其功率谱密 度为n / 2 . 对线性系统，由叠加原理可得滤波器输出为 y ( t ) = s o ( t ) + n o ( t ) ( 2 - 4 ) 由 信 号 与 系 统 及随 机 信 号 理 论 可 知 ， 滤 波 器 对， ( t ) 的 响 应， o ( t ) 为 ， 。 (，) 一 牛i _ h (m )s , ( to )e j d co ( 2 - 5 ) 基于d d s 技术的雷达波形发生器的研究 输出噪声n a ( t ) 的平均功率为 no (t， 一 2, 2i, f ih (o) )izd roj ( 2 - 6) 则在1 = t 。 时滤波器输出的瞬时功率信噪比 为 s n r = 业) 2 i _ n o ( 1 ) 牛 : (0) )二 (。 )。 ，侧 “ 。 1zw )e i d w 乙 兀 土f n 0 jh ( co ) j2 d w 2汀 1m 2 ( 2 - 7 ) 利用 s c h w a r t z 不等式展开分子并整理可得到 s 入 叹 2 n s ; (co)i2 d co n o 一 e (n o1 2 ) ( 2 - 8 ) 所以有s n r 山 s c h wa r t z ，。 _ 一 2 e i n o 不等式取等号的条件知，此时有 h ( c o ) = k s ; ( c o ) 。 一 ， “ 。 ( 2 - 9 ) d 对实 信 号s ; w满 足s ; ( w ) 二 h ( t ) s ( - m ) ，则经傅立叶逆变换可得 = k s ; ( t 。 一 t ) ( 2 - 1 0 ) 式 ( 2 - 9 ) , ( 2 - 1 0 )正是要获得最大输出 信噪比滤波器响应函数与输入信号 之间应满足的关系。满足这种关系的线性滤波器称为匹配滤波器。 匹 配 滤 波 器 的 作 用 是 对 输 入 信 号 s , w完 成 一 次 相 关 运 算。 由 h ( t ) 与s , w的 强 相关 特性， 在t = t 。 时 刻， 信号得到最大 输出， 且 输出 只与 信号能量有关。 而 输入 噪声是随机的， 各频率分量与 h ( 动间没有确定关系， 其输出功率只能是统计平 均的结果。匹配滤波器的这种相关运算特性，决定了它对平稳白噪声中确知信号 的检测具有最优检测能力，是以输出信噪比最大为准则的最佳接收机。 检测到目 标信号以后，雷达系统对目 标进行的参量测量，实际上对应着雷达 信号参量估计的运算过程。一般讨论的雷达回波信号参量是指信号发生的时移和 频移，估计出这些参量，即可通过计算获得对应的目 标距离、速度信息。 设“ 点目 标”以 恒定的径向 速度v 从r 。 处接近雷达， 则目 标距离可表示为 r ( t ) =r 。 一 v t ( 2 - 1 1 ) 如果s ( t ) 是 载频为r o 的发射信号的 复解析表 达式， 对窄带 信号可用复 指数表示 来 近似，即 s ( t ) = u ( t ) , e i 2 xi o +( 2 - 1 2) 第二章 雷达信号基本理论 其中，u ( t ) = a e ( ) 为 信号的复包络函 数。则回 波信号的数学表达式可 写成 s , ( t ) 一 u lt 一 : ( t ) j 2 ,y 一 (,)l ( 2 - 1 3) 其中时延z 为时间的函数，一般对于v c ( c 为电波传播速度)的情况有 r ( t ) = 这样，代入式 ( 2 - 1 3 )可得 2 r (t)c + v 二 2 r ( t ) = 2 r o - 2 v t( 2 - 1 4) c c c 二 2，= !卜 2ro + 2v tc c 一 一 -2c+ i v ( 2 - 1 5) 其 中: = 2 r , 。 为目 标回 波的时 延; = ( 2 v l c ) f o 为目 标回波的多 普勒 频移。 按照文献 2 0 1 的规定， 接近目 标咨 取正值; 在信号时带积b t c / ( 2 v ) , ) 唯 一 地 决 定 着 系 统 对目 标 信 号 的 分 辨 能 力 ， 其 值 越 大，6 2 越小，两目 标就愈难分辨，也即模糊度越大。 第二章 雷达信号基本理论 研究目标分辨和参数估计都离不开对信号模糊函数的分析。应用傅立叶变换 性质，由式 ( 2 - 2 5 )可得模糊函数的频域表示 x (t , ) 一 皿 s ( f 一 ) - s * ( f ) e - f r df 当 = o 时， 模糊函 数是时间的自 相关函 数，称为距离模糊函数。 ( 2 - 2 8 ) x ( t ,0 ) 一 皿 s ( t ) s ( t + t )d t 当: = 0时，模糊函数是频率的自相关函数，称为速度模糊函数。 x ( 0 4 ) 一 皿 s ( f 一 ; ) - s ( f ) df 记为 ( 2 - 2 9) 记为 ( 2 - 3 0) 在提出模糊函数概念及定义之后，为了全面考虑信号的分辨能力，人们又引 入了 时 延 分 辨 常 数a : 和 多 普 勒 分 辨 常 数a ， 它 们 有 如 下 定 义 及 数学 关 系 ar= 孙( t ,0 )iz d z皿 is ( f )i df ， 皿 一5 (， )2 f z w e( , is (f )z ( 2 一 : i i ) ix ( 0 ， 0 ) 1x a 皿 ix (o , )i d 皿 is (t)i d t i ( 2 - 3 2 ) ix ( 0 ， 0 ) 1z is(t)izd r z “ 其中w e 称为 有效 相关带宽， 表示信号频 谱成分所占 据的宽度总和。t 称为 有效相关时间获称信号的持续时宽，表明信号速度模糊函数与冲击函数的相似程 度。式 ( 2 - 3 1 ) , ( 2 - 3 2 )的关系表明信号时域、频域分辨力同样取决于信号的带 宽和时宽。 可以看到，在实现最佳检测并保证一定信噪比的前提下，目标测量精度和分 辨力的提高对雷达信号波形参数提出如下要求:测距精度和距离分辨力主要取决 于信号的频率结构， 为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的有效带 宽;测速精度和速度分辨力则取决于信号的时间结构，为了获得高的测速精度和 速度分辨力，要求信号具有大的时宽。 2 . 1 .3 大时带积信号与脉冲压缩技术 由前面的分析己知，为了提高雷达系统的发现能力、测量精度和对目 标的分 辨能力，要求雷达信号应具有大的时宽、带宽和能量乘积。由于受到系统发射、 馈电设备的限制，大的信号能量也只有靠加大信号时宽来得到。通常的单载频脉 冲信号的时宽、带宽乘积接近于 1 ，大的时宽、带宽不可兼得，从而在测距、测 速精度与分辨力以及作用距离等要求之间存在无法调和的矛盾。对大时带积信号 基于d d s技术的雷达波形发生器的研究 的要求，促成了 基于匹配滤波的脉冲压缩技术的发展。 设信号复包络为 s ( t ) 二 is ( t ) le e ) “ a ( t ) , e r e (t ) 其傅立叶变换后的频谱为 s ( f ) = is(f)lei(!)“ a ( f ) . e i e (j ) 则信号能量为 ( 2 - 3 3 ) ( 2 - 3 4 ) 2 e = 皿 is (t)i2， 一 皿 is (f )i2 df ( 2 - 3 5) 对式 ( 2 - 2 9 ) , ( 2 - 3 0 ) 所表示的距离， 速度模糊函数分别在: = 0 和古 = 0 附近 作麦克劳林级数展开，有 lx (= ,0 ) l 二 卜p 2 1. 2 ( 2 - 3 6 ) ix (o o ， 二 1 一 s t ( 2 - 3 7 ) 中s . 刀分别称为信号的等效时宽、 等效带宽， 它们满足 。 _2 , / 2 s 一 偷l t2is (f )i d t ( 2 - 3 8) “ 一 2e f 0f 2is (f )2df y ( 2 - 3 9) 将式 ( 2 - 3 3 ) , ( 2 - 3 4 ) 4 弋 入 ( 2 - 3 8 ) , ( 2 - 3 9 ) ，并利用如下傅氏变换的性质 4 )r 2 皿 f 2 is (f )i2 df = 皿 is (t) ld t 4 ,r 1 , is (1)12 d t4 f一 皿 is (f ) l df ( 2 - 4 0 ) ( 2 - 4 1 ) 可得 其中s ( t ) , s ( f ) , 。 ! = 2e if a (f )2df + f a 2(f )o (f )r df q 2 一 2 e 1- a (t)2dt+ 一 (t)b (t)2dti ( 2 - 4 2 ) ( 2 - 4 3 ) a ( t ) , a ( f ) , 9 ( t ) , 9 ( f ) 分别为相应信号函数的导数。 式 ( 2 - 4 2 ) 表明，在频域对信号的幅度谱a ( f ) 或相位谱o ff) 进行 “ 调制” 可增大信号的等效时宽s。式 ( 2 - 4 3 )表明，在时域对信号的幅度和相位进行调 制， 即 使得a ( t ) x 0 , 0 ( 1 ) x 0 ， 可增大信号的 等效带宽q。 对信号幅度的调制相对简单，如可采用相参脉冲串的信号形式。由于线性相 位调制只能移动载频而不能改变等效带宽，所以只有非线性相位调制才能增大等 效带宽16 。 因此， 为了充分利用发射管的 平 均功率 和大时带积信号的 性能， 通常 第二章 雷达信号基本理论 采用较大的时宽， 并在此宽脉冲内进行非线性相位调制， 如脉内线性调频( l f m) . 非线性调频 ( n l f m) 、相位编码、频率编码等信号形式。由于这些非线性相位调 制的雷达信号，在信号检测处理时都采用匹配滤波技术，在匹配滤波器的相关作 用下，滤波器输出端可获得具有尖锐主瓣的输出，仿佛将输入的宽脉冲压窄而获 得大的时延分辨力，“ 脉冲压缩技术”即因此得名。 2 . 2 l f m矩形脉冲信号的数学表征 山前所述，只要具有非线性相位调制，信号的有效带宽就可加大。显然，可 用于构造大时带积、实现脉冲压缩作用的信号形式有许多种，针对具体的应用需 要，必须选择合适的信号形式和参数。脉压信号波形设计己成为雷达技术的一个 重要研究方向。这里以线性调频 l f m 这一最基本的脉压信号形式为例，通过对 其数学表达式的分析，为数字方式实现 l f m 脉压信号的设计奠定理论基础，其 设计和实现方法同样适用于其它形式脉压信号的产生。 线性调频矩形信号的复指数表示形式为 1，_ k t _ t_ t_ s ( t ) 一 u ( t ) - e x p ( j 2 nf o t) 一 借r e c t ( = ) e x p l j 2 1r ( f o t + -) i一 青 “ - 1 ( 2 - 4 4 ) 铲 一，. 2 一 丫 j 一 ， ” ” s i t t “2 l2 其中u ( t ) 为信号的复包络 (， = 1 rect(t )ex p (j rrk t2)7 f .,r t ( 2 - 4 5 ) 式中t为信号时宽，b为信号频率变化范围， 由式 ( 4 4 )式可得信号瞬时频率为 k = b / t为频率变化率。 ，.lesj t一2 一 f ( t ) = 荆.rot + k ! jj一 fo一 即带宽， t 1 一一 5 仁 2 ( 2 - 4 6 ) 对式 ( 2 -4 5 )傅氏 变换并进行变量代换整理可得信号频谱表达式 u( f ) i = - ， 二 二 二 二 二 二 二 : :- e一 ，叹.fc (u .) 十 c (u 2 ) 十 ， s (u .) 十 s (u z )l ( 2 - 4 7 ) 其 中 u ， 一 俪 :吾 一 12k t 2 - k j, u z 一 2k s (u 卜 f si (粤 、 为 菲 涅 耳 ( t. f ) 1宁 ! ; 戈 2 x) ( f r e s n e l ) 。，、n - -瓜、 上 ( - l u ) = 玉 c o s t 万- l c 积分公式。 由式 ( 2 - 4 7 )可进一步得到振幅频谱和相位频谱 基于d d s 技术的雷达波形发生器的研究 2 .4 小结 本章简单介绍了雷达信号基本理论，阐明了匹配滤波对于雷达信号检测和参 量估计的意义。分析了信号时宽、带宽与雷达分辨力的关系，从而说明了需要大 时带积信号的意义。通过分析脉内非线性调制可以增大信号等效带宽的原理，说 明了脉冲压缩信号的来源。针对本文研究的宽带 l f m 脉压信号情况，分析并仿 真了l f m脉压信号的频谱及模糊函数。 第三章 dd s的基本原理和应用 第三章d d s的基本原理 妇. i d d s 的工作原理及其杂散模型 图3 . 1 d d s 原理框图 d d s的工作原理实质上是以参考频率源 ( 系统时钟)对相位进行等可控间隔 的采样。从图 3 . 1 所示基本结构可见，d d s包括由相位累加器和 r w 正弦值表构 成的数控振荡源 ( n c o ) , d a c , l p f 三部分。 对正弦信号，当 采样周期为 t = 1 / 关 时， 每个采样周期相应的 相位增量 b 二 k ( 2 ) r 1 2 勺， n 为相位累加器的 位数， k 为频率控制字，则输出信号的频率: f 一 w 一 丝. 上一 k - f , / 2 2 7 r at 2 7 r ( 3 - 1 ) 由式 ( 3 - 1 )可知，当参考时钟确定后，d d s的频率分辨率由相位累加器的 字长n决定。 理论上讲， 只要相位累加器的字长n足够大， 就可以得到足够高的 频 率 分 辨率。 当k = 1 时 ， 血s 产 生 的 最 低 频 率， 称 为 频 率 分 辨 率， 即 鱿= 关 / 2 a 。 根据n y q u i s t 准则， d d s 允许输出 频率最高为f d 2 ，即k 2 - ， 实际中受l p f限 制， 一般f o m ， 二 4 0 % - f。 下面介绍一个d d s 实例。 图 3 .2 所示为a d 9 8 5 4 的功能方框图。 a d 9 8 5 4 是c mo s 型d d s 集成芯片，它主要由可编程的r e f c l k 倍乘器、反s i n c 滤波器、高速d / a 转换器、 频率和相位累 加 器、高 速比 较器和相位到幅度转换器等部分组成。 最高 时钟频率达3 0 0 m h z ， 该芯片可实现f s k , a m, f s k , b p s k , p s k 和c h i r p 等操 作，适用于产生多种雷达波形。 基于d d s 技术的雷达波形发生器的研究 沙，时片怡人 坦分， 单之翻 . 入 皿 斤画 图 aikm 摊黔比 在通信、 雷达和许多别的 应用中， 它能被用作一个灵活的1 , . 0 .( 本振) a a d 9 8 5 4 的创新的高速d d s 核提供了4 8 位的频率分辨率( 当系统时钟为3 0 0 m h z 时有 1 微 赫的 调节分辨率) ， 相位截断 到1 7 位保证了良 好的s f d r a a d 9 8 5 4 的电 路结 构 允许产生频率高达 1 5 0 mh z的同时正交的两路输出信号。a d 9 8 5 4输出的正弦波 经过外部滤波后能通过内部比较器转换成方波，此时a d 9 8 5 4的功能就是一个时 钟产生器。 器件提供了两个1 4 位的相位寄存器和一个单引脚的b p s k操作。 用户 可以 使用a d 9 8 5 4 的i / o接口 输入数据不断改变相位， 可以实现更高阶的p s k操 作。 1 2 位的i 路和q路d a c 转换 器， 伴随着革 新的d d s 结构， 提供了 优良 的 宽 带和窄带输出s f d r 。 如果正交功能不需要时， q - d a c也能被配置成用户可编程 控制的d a c 。两个 1 2 位的数字倍增器允许可编程的幅度调制、成型开关键控和 精确的正交输出的幅度控制。 a d 9 8 5 4的可编程的4 x - 2 0 x的基准时钟倍增器电 路在内部从一个低频的外部参考时钟产生3 0 0 mh z 的系统时钟，而这节省了用户 的花费和减小了实现一个3 0 0 mh z 的系统时钟源的难度。 直接的3 0 0 mh z 的时钟 在单 端和差 分输入也是允许的。 a d 9 8 5 4 使用先进的。 .3 5 x m的c m o s 技术， 且 仅需3 .3 v的电 源。 1 4 1 5 a d 9 8 5 4 提供一种节省空间的8 0 引脚的l q f p 表贴封装和一种增强耐热的8 0 引脚的l q f p 封装。a d 9 8 5 4 被规定工作在一4 0 0c -8 5 的工业温度扩展范围里。 a d 9 8 5 4 的特性如下: . 3 0 0 m h z 的内部时钟频率 第三章 d d s的基本原理和应用 f s k , b p s k , p s k , c h i r p 和a m操作 集成的双 1 2 位 d / a 转换器 超高速的比较器，3 p s 的均方根抖动 4 x -2 0 x的可编程的基准时钟倍增器 双4 8 位可编程的频率寄存器 双 1 4 位可编程的相位补偿寄存器 1 2 位幅度调制和可编程的成型开关键控功能 线性或非线性的f m 线性调频功能( 月 _ 有频率保持功能) s i n ( x ) 八 的补偿功能 简化的控制接口 1 o m h z 的串口或 i o o m h : 的8 位可编程的并行口 3 . 3 v的单电源供应 多种省电模式 单端或差分输入基准时钟 小型的8 0 脚l q f p 封装 . . ; 3 . 2用d d s 直接产生雷达信号 由3 . 1 节叙述的d d s 芯片a d 9 8 5 4 的功能可知，利用a d 9 8 5 4 可以产生a m 和c h i r p 信号，下面详细介绍这两种信号的产生过程。 3 . 2 . 1 a m信号的产生 根据 d d s输出 频率与时钟频率以 及频率控制字的关系式i a 二 k fi t “ 可 知， 当时钟频率一定时， d d s 输出信号与频率控制字k成正比的关系。 确定时钟 频率./ c 后， 我们可以 通 过改 变频率控制字k来 产生期望的 频率输出f o 0 对于a d 9 8 5 4 , 频率调节字的 值由 下式确定: f t w = ( 期望的输出 频率* 2 ) / s y s c l k ( 3 - 2 ) 其中， n = 4 8 为相位累加器的精度， 频率单位为h z . f t w频率调节字，为一个十 进制数。 当计算一个十进制数时， 先把它取成整数， 然后把它转换成二进制格式( 一 系列的二进制权值1 或0 ) a 由 参考文献 1 9 可知， a d 9 8 5 4 有五种可编 程的 模式，当a d 9 8 5 4 工作在模式 0 0 0( 单音调模式) 时( 当主复位发生后， 这是一种默认的模式。 它也能通过对控 基于d d s 技术的雷达波形发生器的研究 制寄存器进行用户编程来获得。 ) ，通过编程相应的寄存器可产生幅度可调的单载 频正弦脉冲信号。 用来产生输出频率的相位累加器是由一个默认为0的4 8 位的频 率字1 寄存器来提供的，可通过把频率调节字f t w置入频率字 1 寄存器 ( 对应 并行地址0 4. 0 9 ， 见附录a) 来产生期望的输出频率。 图说明了从默认情况( 0 h z ) 到一个用户定义输出频率 ( f 1 )的转变情况。当a d 9 8 5 4 正常工作时，频率控制 字的同步更新山u p d a t e c l o c k引脚的更新脉冲上升沿控制。 。n。0。卜 图3 . 3 从默认情况到输出频率为f 1 的转变 农 : a d 9 8 5 4中， 编程信息的更新是由更新脉冲同步的( 见图3 .2 a d 9 8 5 4 的功 能方框图中的内部/ 外部1 / 0更新时钟引脚，即u p d a t e c l o c k脚) ，只有当更 新时钟引脚 u p d a t e c l o c k脚上出现脉冲上升沿时，d d s输出或功能才能更 新。通过控制该引脚可灵活的决定何时激活控制字，产生需要的信号波形。 以 产生一个频率为3 0 m h z ， 脉冲宽度为0 .5 p的正弦 调幅脉冲信号为例介绍 一下a m信号的产生过程。由图3 . 3 可知，要产生该信号，首先应使a d 9 8 5 4 工 作在单音模式，然后把频率为3 0 mh z 对应的频率控制字f t w 1 和回到o h z 频率 对应的频率控制字f t w2 置入a d 9 8 5 4 。要更新a d 9 8 5 4 的编程信息需要提供更 新脉冲。所需的更新脉冲时序如图3 .4所示，在第一个更新脉冲上升沿到来时， 启动 a d 9 8 5 4产生频率为 3 0 m h z的信号，在第二个更新脉冲上升沿到来时使 a d 9 8 5 4 回到。 h z ， 两更新脉冲的时间间隔为脉冲宽度t( 此处c = 0 . 5 g s ) o a m 脉冲 更新脉冲 图3 . 4 更新脉冲示意图 3 . 2 . 2 l f m脉冲信号的产生 当a d 9 8 5 4 工作在模式0 1 1 ( 线性调频脉冲模式) 时， 通过编程可使a d 9 8 5 4 第三章 d d s的基本原理和应用 产生所需的线性调频脉冲。 a d 9 8 5 4 允许在整个频率范围、持续时间、 频率分辨率 和扫描方向内都有精确的、内部产生线性的或者外部可编程非线性的调频脉冲或 连续f m 。而这些都是用户可编程的。图3 . 5 说明了产生线性调频信号的模型图。 cl r acc2 图3 . 5 线性调频脉冲产生模型图 线性调频脉冲编程的基本步骤: 1 .把一个起始频率调节字1 中( 并行寄存器地址4 h -9 1 1 ) ， 以后称它为f t w 1 2 .把频率步长分辨率编程进4 8 位二进制的增量频率字0 中( 并行寄存器地 址 1 0 h -1 5 h ) . 3 .把变化率编程进2 0 位斜率时钟中 ( 并行寄存器地址i a h -1 c h ) 4 编程完成后，引脚2 0 上的i / 0 更新脉冲将执行编程命令。 二进制补码 频率字的需要是为了定义线性调频斜率。 如果4 8 位 频率字为 负， 那么频率增量为负数， 将产生负斜率的线性调频信号; 如果4 8 位 频率字为 正， 那么频率增量为正数，将产生正斜率的线性调频信号。 图3 . 5 中， c l r a m 和c l r a c c 2 这 两 个 控 制 位在线 性调 频 模式中 是 有用的， 它们允 许回 到 起始频率f t w 1 或回 到o h z 。 首 先， 当c l r a c c t 位( 寄 存器地址1 f h ) 置高时， 4 8 位频率累加器 ( a c c 1 ) 输出清零并且产生一个可重触发的持续一个系 统时钟的单脉冲。输出到累加器的4 8 位a 频率字是不受c l r a c c 1 位影响的。如 果c l r a c c 1 位保持高电 平， 一个单脉冲将在每一个i / 。 更新时 钟的上 升沿被传递 到频