DDS不再孤單與Matlab“手拉手”一起創(chuàng)建仿真事業(yè)

直接數(shù)字頻率合成(DDS)是近年來(lái)得到迅速發(fā)展的一種新的頻率合成方法，具有頻率切換速度快，很容易提高頻率分辨率、對(duì)硬件要求低等優(yōu)點(diǎn)?？删幊倘珨?shù)字化便于單片集成、有利于降低成本、提高可靠性并便于生產(chǎn)等有點(diǎn)。DDS技術(shù)從相位的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成，存儲(chǔ)了數(shù)字采樣波形表，可以產(chǎn)生點(diǎn)頻、線性調(diào)頻、ASK、FSK等各種形式的信號(hào)。線性調(diào)頻信號(hào)可以獲得較大的壓縮比，有著良好的距離分辨率和徑向速度分辨率，作為一種常用的脈沖壓縮信號(hào)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高分辨率雷達(dá)領(lǐng)域。

Matlab是美國(guó)MathWorks公司自20世紀(jì)80年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件，優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算與卓越的數(shù)據(jù)可視化能力使其很快在同類軟件中脫穎而出。Matlab已經(jīng)發(fā)展成為多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。本文用Matlab軟件建立DDS系統(tǒng)中線性調(diào)頻信號(hào)的仿真模型，對(duì)于理解線性調(diào)頻信號(hào)和在FPGA中來(lái)實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號(hào)有借鑒意義。

DDS線性調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器框圖設(shè)計(jì)

圖 1 DDS技術(shù)的基本原理

1 DDS技術(shù)的基本原理

基本模型如圖1所示，主要由時(shí)鐘頻率源fclk、相位累加器、波形存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A)、以及低通濾波器(LPF)組成。輸出信號(hào)波形的頻率表達(dá)式為：

(1)式中，fclk為參考時(shí)鐘頻率，ΔΦ為相位增量，N為相位累加器的位數(shù)。只要N足夠大，DDS可以得到很小的頻率間隔。要改變DDS的輸出信號(hào)的頻率，只要改變?chǔ)う导纯?。?dāng)參考時(shí)鐘頻率給定后，輸出信號(hào)的頻率取決于頻率的控制字，頻率分辨率取決于累加器的位數(shù)，相位分辨率取決于ROM的地址位數(shù)，幅度量化取決于ROM的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)和D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。

2 線性調(diào)頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)框圖

圖2 軟件編程實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號(hào)的原理圖

脈沖壓縮雷達(dá)最常見的調(diào)制信號(hào)是線性調(diào)頻信號(hào)，接收時(shí)采用匹配濾波器(Matched Filter)壓縮脈沖。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中fe為載波頻率，K=B/T是調(diào)頻斜率，于是，信號(hào)的瞬時(shí)頻率為。

其對(duì)應(yīng)的量化公式如下(此式是以圖2實(shí)現(xiàn)的原理公式)：

式中N為相位累加器的位數(shù)，Kc為頻率控制字，K為上式中的調(diào)頻斜率。

圖1所示的DDS原理框圖是用于實(shí)現(xiàn)固定頻率的正弦波信號(hào)，按照公式(3)的思路實(shí)時(shí)改變?chǔ)う?，即可產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)。

經(jīng)過(guò)頻率累加器輸出的是嚴(yán)格線性增長(zhǎng)的瞬時(shí)頻率。在實(shí)際過(guò)程中，相位累加器的輸出是經(jīng)過(guò)相位截?cái)嘣龠M(jìn)行尋址，從而引入了一定的相位誤差，雖然這一誤差會(huì)影響到線性調(diào)頻信號(hào)的線性度，但是調(diào)頻斜率為相位的二次導(dǎo)數(shù)，相位截?cái)嗾`差本身已很小，所以對(duì)調(diào)頻線性度的影響就更小了。在本文的Matlab實(shí)現(xiàn)中暫時(shí)不考慮截?cái)鄦?wèn)題，忽略不計(jì)。3 Matlab軟件建模實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號(hào)

本程序遵照上述軟件編程實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號(hào)的原理圖編寫，采用.m文件的方式編寫，下面是實(shí)現(xiàn)的源程序：

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