基于DDS理論的多模式多波形雷達(dá)信號(hào)源設(shè)計(jì)

　　DDS控制模塊負(fù)責(zé)讀取片內(nèi)雙口RAM中的DDS控制字，并將AD9854的時(shí)序?qū)懭?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/DDS">DDS芯片，控制DDS的工作。

　　DDS控制模塊在每次寫(xiě)AD9854控制字之前先對(duì)RAM發(fā)出讀使能，同時(shí)給出讀地址，讀取當(dāng)前控制字，然后按照時(shí)序要求寫(xiě)入DDS芯片。Quartus中仿真的時(shí)序圖如圖4所示。

　　

　　以下將介紹控制AD9854，的流程。

　　首先對(duì)AD9854進(jìn)行復(fù)位，F(xiàn)PGA發(fā)送高電平給AD9854第71管腳，高電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度要超過(guò)20個(gè)周期的AD9854采樣時(shí)鐘。復(fù)位信號(hào)使AD9854的所有寄存器恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)。需要注意的是，復(fù)位信號(hào)的長(zhǎng)度必須滿足一定的要求，否則在實(shí)際操作中可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

　　當(dāng)FPGA接收到外部發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)以后，DDS控制模塊就開(kāi)始工作了。首先從雙口RAM中讀取波形數(shù)據(jù)，包括起始頻率(FTW)，增量頻率字(DFW)，斜率時(shí)鐘(RRC)以及控制信號(hào)。DDS控制模塊給雙口RAM送讀使能和讀地址，然后把雙口RAM中的數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)選擇模塊中。之后接收波形模式選擇信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是三位二進(jìn)制數(shù)，總共有8種工作模式，總的來(lái)說(shuō)分為工作模式和測(cè)試模式。當(dāng)系統(tǒng)為工作模式的時(shí)候，該系統(tǒng)就是雷達(dá)發(fā)射機(jī)的中頻信號(hào)模塊。在工作模式下，該中頻信號(hào)模塊能發(fā)射4種模式的波形：時(shí)寬是0.2μs的正弦波，時(shí)寬為5μs的線性調(diào)頻波，時(shí)寬為30μs的線性調(diào)頻波和時(shí)寬80μs的線性調(diào)頻波。當(dāng)發(fā)射信號(hào)為時(shí)寬是0.2μs的正弦波或時(shí)寬為5μs的線性調(diào)頻波時(shí)，對(duì)近區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行搜索;當(dāng)發(fā)射信號(hào)是時(shí)寬為30μs的線性調(diào)頻波時(shí)，對(duì)中區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行搜索;當(dāng)發(fā)射信號(hào)為時(shí)寬為80μs的線性調(diào)頻波時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行搜索。當(dāng)系統(tǒng)為測(cè)試模式的時(shí)候，也分為時(shí)寬為0.2μs，5μs，30μs，80μs這4種模式的信號(hào)，但是當(dāng)信號(hào)時(shí)寬為0.2μs時(shí)，信號(hào)中加入了多普勒頻率，這樣就為信號(hào)處理機(jī)檢測(cè)測(cè)速單元提供了方便。該系統(tǒng)為測(cè)試模式時(shí)主要且模擬雷達(dá)回波信號(hào)的作用。如圖5所示。

　　

　　當(dāng)接收到模式選擇信號(hào)以后，DDS控制模塊開(kāi)始給AD9854送數(shù)據(jù)。這時(shí)，F(xiàn)PGA給AD9854傳送的數(shù)據(jù)都保存在I/O緩存區(qū)內(nèi)。接著，F(xiàn)PGA就給AD9854發(fā)送update clock。這樣，I/O緩存區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)就送入AD9854的寄存器中，AD9854開(kāi)始產(chǎn)生信號(hào)。最后，給AD9854的控制寄存器地址為1F的第七位送高電平，這樣就把信號(hào)清零，從而產(chǎn)生了脈沖信號(hào)。

　　5 系統(tǒng)測(cè)試

　　5.1 系統(tǒng)測(cè)試框圖

　　根據(jù)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和工作原理，結(jié)合系統(tǒng)測(cè)試指標(biāo)要求，提出系統(tǒng)測(cè)試方案和使用儀器。測(cè)試儀表主要包括信號(hào)源、頻譜儀、萬(wàn)用表、電源、示波器等。

　　按照框圖連接測(cè)試儀表，設(shè)置直流電源輸出電壓為±5 V，通過(guò)相應(yīng)接口送入雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生器的電源接口。設(shè)置信號(hào)源，輸出中心頻率為30 MHz，功率為(0±1)dBm線性調(diào)頻波。測(cè)試時(shí)雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生器工作于外觸發(fā)模式下，當(dāng)接收到外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生波形。雷達(dá)信號(hào)源的信號(hào)送入示波器(泰克的DPO4104)，測(cè)試信號(hào)的時(shí)域參數(shù)，包括時(shí)寬，幅度，脈沖前后沿，本底噪聲等。雷達(dá)信號(hào)源的信號(hào)送入頻譜儀(羅德與施瓦茨的頻譜儀FSMR)測(cè)試信號(hào)的頻域參數(shù)，包括信號(hào)的頻率、帶寬、諧波和帶內(nèi)雜散等。

　　系統(tǒng)測(cè)試框圖如圖6所示。

　　

　　5.2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

　　時(shí)域測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

　　

圖8，圖9為頻域測(cè)試結(jié)果。

　　

　　通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析，可見(jiàn)該雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生器系統(tǒng)可產(chǎn)生多種不同時(shí)寬、帶寬和脈沖重復(fù)頻率的LFM、NLFM、脈沖信號(hào)，能夠滿足工程應(yīng)用的需要。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)雷達(dá)信號(hào)源的工程實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，利用ADI公司的DDS芯片和FPGA實(shí)現(xiàn)了多模式多波形的雷達(dá)信號(hào)源。通過(guò)優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)，改進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能，并給出系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果。為DDS實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)源提供了設(shè)計(jì)參考。