基于AD9910的雷达信号模拟器的设计与实现

关键词： DDS; AD9910; 信号模拟器; FPGA

Design and implementation of radar signal simulator based on AD9910

Keywords： DDS; AD9910; signal simulator; FPGA

0 引 言

利用DDS能合成各种复杂波形，通过对外部电路进行控制就能对输出波形的频率、相位、幅度等进行精确的。只需对DDS内部某些参数进行设置，就能输出所需要的波形信号[3]。本文采用FPGA 技术与DDS 技术相结合的方法，通过FPGA对DDS进行控制波形输出，设计出一个频段在12.5～16 GHz范围内，可稳定输出普通连续波、频率捷变、线性调频、脉冲多卜勒等雷达信号的信号模拟器。

1 DDS工作原理

DDS主要由能够产生标准频率的参考频率源、N位相位累加器、正弦波形存储表（ROM）、数/模转换器和低通滤波器五部分组成，如图1所示。外部控制器送来的频率控制字K送入频率寄存器中进行存储，每来一个时钟脉冲，N位加法器就将频率寄存器输出的频率控制数据与N位累加寄存器输出端反馈回来的相位数据相加，相加的结果再送入N位累加寄存器输入端。频率控制数据K决定了相位累加器的步进大小，每一个时钟的作用下，相位累加器中的数值就累加一个步长K;在参考时钟的重复作用下，加法器不断地对频率控制数据进行线性相位累加，相位累加到满量程时，就会产生一次溢出，这就是DDS的一个周期，因此相位的溢出频率就是DDS的输出频率[4]。

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图1 DDS组成框图

DDS输出信号的频率为： [fo=K2Nfc]

DDS的最小输出频率，也为其频率分辨力为：

[fomin=fc2N]

2 雷达信号模拟器硬件设计方案

2.1 系统总体结构设计

2.2 AD9910简介

图2 系统总体组成框图

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图3 射频信号模块组构图

2.3 线形调频信号设计

[fSYNCLK=14fSYSCLK]

若DDS系统时钟（即DAC采样时钟）为1 GHz，则数字斜坡发生器的内核参考时钟为4 ns，也就是说，数字斜坡发生器最短间隔4 ns就可以进行一次扫描步进，这对输出线性调频信号的线性度非常有利，即最小扫描步进时间间隔为：

[Δt=4fSYSCLK]

实际工作时，扫描步进时间间隔可以编程控制：

[Δt=4PfSYSCLK]

式中：[P]为保存在扫描步进时间间隔寄存器内数据。

扫描步长[M]确定输出信号频率扫描步长：

[ΔF=M232fSYSCLK]

输出线性调频信号的斜率为：

[K=ΔFΔt=M232?4P?fSYSCLK2]

斜坡累加器后有限值控制逻辑，可以强制设定数字斜坡累加器的输出信号频率的上界和下界，确保输出信号在期望的频率范围内线性扫描。扫描置上限后，可通过编程控制可以强制斜坡累加器清零，强制输出信号频率复位置下限频率。

3 测试结果

根据硬件设计方案，在完成雷达信号模拟器的硬件电路设计后，进行了系统的调试。通过Aglient公司的频谱仪E4447A进行测试，测得系统的主要参数有：

输出频率范围：12.5～16 GHz。

分辨力：100 kHz。

相位噪声：≤-75 dBc/Hz@10 kHz。

频率转换时间： ≤10 ms。

测试结果表明，该模拟器输出信号稳定可靠，各项参数指标均达到系统设计要求。图4为在测试过程中，当输出的中心频率为15 GHz时，利用示波器和频谱仪观察到的波形图。

4 结 语

本文介绍了一种基于AD9910的雷达信号模拟器的设计与实现方法，该方法具有良好的适应性和可扩展性，可以根据雷达工作体制和频率范围灵活调整信号参数，产生需要的雷达信号。

E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼06t4.tif

图4 利用示波器和频谱仪观察到的波形图

参考文献

[2] 高溪，高成.直接数字频率合成器DDS及其分析[J].北京航空航天大学学报，2002（4）：35?37.

[3] 席安安，张春荣.DDS在复杂信号产生中的应用研究[J].火控雷达技术，2005（3）：41?44.

[4] 承德宝.雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2008.

[7] 李辉祥，黄光明.DDS频率合成器的方波重影现象研究[J].现代电子技术，2014，37（1）：135?136.