基于DDS理論的多模式多波形雷達(dá)信號源設(shè)計

　　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的時序?qū)懭?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/DDS">DDS芯片，控制DDS的工作。

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

　　

　　以下將介紹控制AD9854，的流程。

　　首先對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)的時間長度要超過20個周期的AD9854采樣時鐘。復(fù)位信號使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)位信號的長度必須滿足一定的要求，否則在實際操作中可能會出現(xiàn)錯誤。

　　當(dāng)FPGA接收到外部發(fā)送的觸發(fā)信號以后，DDS控制模塊就開始工作了。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)，斜率時鐘(RRC)以及控制信號。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。這個信號是三位二進(jìn)制數(shù)，總共有8種工作模式，總的來說分為工作模式和測試模式。當(dāng)系統(tǒng)為工作模式的時候，該系統(tǒng)就是雷達(dá)發(fā)射機(jī)的中頻信號模塊。在工作模式下，該中頻信號模塊能發(fā)射4種模式的波形：時寬是0.2μs的正弦波，時寬為5μs的線性調(diào)頻波，時寬為30μs的線性調(diào)頻波和時寬80μs的線性調(diào)頻波。當(dāng)發(fā)射信號為時寬是0.2μs的正弦波或時寬為5μs的線性調(diào)頻波時，對近區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行搜索;當(dāng)發(fā)射信號是時寬為30μs的線性調(diào)頻波時，對中區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行搜索;當(dāng)發(fā)射信號為時寬為80μs的線性調(diào)頻波時，對遠(yuǎn)區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行搜索。當(dāng)系統(tǒng)為測試模式的時候，也分為時寬為0.2μs，5μs，30μs，80μs這4種模式的信號，但是當(dāng)信號時寬為0.2μs時，信號中加入了多普勒頻率，這樣就為信號處理機(jī)檢測測速單元提供了方便。該系統(tǒng)為測試模式時主要且模擬雷達(dá)回波信號的作用。如圖5所示。

　　

　　當(dāng)接收到模式選擇信號以后，DDS控制模塊開始給AD9854送數(shù)據(jù)。這時，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開始產(chǎn)生信號。最后，給AD9854的控制寄存器地址為1F的第七位送高電平，這樣就把信號清零，從而產(chǎn)生了脈沖信號。

　　5 系統(tǒng)測試

　　5.1 系統(tǒng)測試框圖

　　根據(jù)該設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計思想和工作原理，結(jié)合系統(tǒng)測試指標(biāo)要求，提出系統(tǒng)測試方案和使用儀器。測試儀表主要包括信號源、頻譜儀、萬用表、電源、示波器等。

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

　　系統(tǒng)測試框圖如圖6所示。

　　

　　5.2 系統(tǒng)測試結(jié)果

　　時域測試結(jié)果如圖7所示。

　　

圖8，圖9為頻域測試結(jié)果。

　　

　　通過測試結(jié)果分析，可見該雷達(dá)信號產(chǎn)生器系統(tǒng)可產(chǎn)生多種不同時寬、帶寬和脈沖重復(fù)頻率的LFM、NLFM、脈沖信號，能夠滿足工程應(yīng)用的需要。

　　6 結(jié)語

　　通過對雷達(dá)信號源的工程實現(xiàn)進(jìn)行研究，利用ADI公司的DDS芯片和FPGA實現(xiàn)了多模式多波形的雷達(dá)信號源。通過優(yōu)化硬件設(shè)計，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)實際測試的結(jié)果。為DDS實現(xiàn)雷達(dá)信號源提供了設(shè)計參考。