基于DDS幅相調(diào)制的多點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)的研究

由于DDS具有信號(hào)模式控制靈活、輸出帶寬大、頻率轉(zhuǎn)換速度快、重復(fù)性好等突出優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生是其在雷達(dá)系統(tǒng)中的一種典型應(yīng)用。

隨著雷達(dá)系統(tǒng)功能的日趨多功能化和復(fù)雜化，工程師在雷達(dá)系統(tǒng)調(diào)試方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的通用測(cè)量?jī)x器已經(jīng)滿足不了諸如SAR等復(fù)雜成像雷達(dá)系統(tǒng)的調(diào)試需求。在此背景下，回波模擬器應(yīng)運(yùn)而生，其中，寬帶線性調(diào)頻信號(hào)(LFM)體制雷達(dá)的復(fù)雜目標(biāo)回波模擬器就是一類典型應(yīng)用。

本文研究了以單片DDS器件來產(chǎn)生多點(diǎn)目標(biāo)LFM回波的方法。此方法基于DDS 的頻率掃描模式，同時(shí)利用其可輸入的相位調(diào)制和外部控制幅度調(diào)制功能。

本文在分析利用單片DDS 產(chǎn)生多目標(biāo)回波機(jī)理的同時(shí)，進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所提方法具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了以往DDS芯片“搭積木”式多點(diǎn)目標(biāo)模擬器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高的不足。

1 DDS 基本原理

簡(jiǎn)單來說，DDS的原理就是根據(jù)相位值直接查表，從而得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字波形幅值，經(jīng)DAC 后轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)。DDS主要由相位累加器、波形存儲(chǔ)器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。相位累加器是在頻率調(diào)諧字的作用下，實(shí)現(xiàn)相位的逐級(jí)累加;當(dāng)相位累加器產(chǎn)生一次2π溢出時(shí)，即完成一個(gè)周期性的波形產(chǎn)生。波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了一個(gè)周期的波形幅度值，完成信號(hào)的相位到幅度的轉(zhuǎn)化。從理論上講，波形存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)周期性的任意波形。

D/A 轉(zhuǎn)換器的作用是把已合成波形的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。DDS信號(hào)產(chǎn)生過程主要包含：

(1)以頻率控制字和系統(tǒng)時(shí)鐘，產(chǎn)生量化的相位序列。此過程一般由相位累加器實(shí)現(xiàn)。

(2)從離散量化的相位序列產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的離散余弦信號(hào)幅度序列，此過程由波形存儲(chǔ)器尋址完成。

圖1 是DDS 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中，F(xiàn)TW(FrequencyTuning Word)、POW(Phase Offset Word)、ASF(Ampli-tude Scale Factor)、fc 分別為DDS 的頻率調(diào)諧字、相位偏移字、振幅比例因子和工作時(shí)鐘頻率。相位累加器將FTW 與上一時(shí)鐘周期的相位累加，并與POW 相加。同時(shí)相位累加器的累加值反饋到相位累加器輸入端，作為下一周期的初值。然后，DDS根據(jù)累加值與POW 的和作為波形存儲(chǔ)器的地址進(jìn)行尋址，從而獲得相對(duì)應(yīng)的波形幅度值。該幅度值與幅度控制字ASF相乘后，得到最終輸出的波形幅度。該數(shù)字量經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換器后即可得到所需波形。

由DDS的工作過程可知，DDS每個(gè)時(shí)鐘的相位增量由相位偏移字POW 和頻率調(diào)諧字FTW 共同確定。即FTW 和POW 共同決定輸出信號(hào)的頻率。另外，還可以通過控制POW,實(shí)現(xiàn)DDS輸出相位增量的變化，從而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制功能。再者，通過調(diào)節(jié)ASF,還可以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制功能。

在DDS 芯片中，有專用的頻率掃描模式用于產(chǎn)生LFM 信號(hào)。在該工作模式下，只需設(shè)置對(duì)應(yīng)的DDS 的工作參數(shù)，DDS 芯片內(nèi)部的數(shù)字斜坡發(fā)生器(DigitalRamp Generator,DRG)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)制參數(shù)，控制DDS輸出LFM信號(hào)。

而且，DDS芯片還有一種并行數(shù)據(jù)工作模式，在該工作模式下，控制參數(shù)直接由多位并行數(shù)據(jù)端口輸入，方便用戶控制輸出信號(hào)的調(diào)制信息。但是在此模式下，并行端口數(shù)據(jù)的時(shí)鐘頻率較DDS的系統(tǒng)工作時(shí)鐘低得多。另外，還可以通過設(shè)置DDS內(nèi)部的ASF寄存器和外部控制管腳OSK 實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制功能。頻率掃描模式、并行數(shù)據(jù)工作模式和幅度調(diào)制功能可以同時(shí)工作，這為產(chǎn)生復(fù)雜信號(hào)提供了可能。

2 多點(diǎn)目標(biāo)LFM 回波產(chǎn)生方法

2.1 多點(diǎn)目標(biāo)LFM回波特征

單脈沖線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的歸一化復(fù)數(shù)表達(dá)式可寫成：

式中：T 為脈沖寬度;f0 為載波頻率;K = B T 為調(diào)頻斜率，B 為信號(hào)帶寬，rect(t T ) 為矩形脈沖信號(hào)，表達(dá)式為：

的點(diǎn)頻信號(hào)的疊加;即由式(7)可知：多目標(biāo)回波是在原有線性調(diào)頻信號(hào)的基礎(chǔ)上，疊加了N 個(gè)點(diǎn)頻信號(hào)的相位調(diào)制信息，并且該部分的信號(hào)帶寬受各個(gè)目標(biāo)間的相對(duì)時(shí)延值的制約，當(dāng)Δti 之間的差值較小時(shí)，該相位調(diào)制部分是一個(gè)窄帶信號(hào)。