一种基于dds芯片的多频信号产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达信号产生技术领域，特别是涉及一种多频信号产生方法。
【背景技术】
[0002] 多频信号指同时发射的多载频信号，每个频点信号仍为无调制单频信号。多频信 号可以引起电子侦收设备的测频误差、分选困难，也迫使电子干扰设备展宽干扰信号带宽， 从而降低干扰效果。雷达接收处理时只接收处理其中的1个载频信号，仍然为窄带接收处 理。多频信号的产生如利用单频信号简单相加，则随着通道数的增加，信号经过饱和放大器 后，噪声会快速增加，这是雷达系统不能接受的。Grogory和Katz提出一种多频信号产生的 方法，利用该方法产生的信号经过饱和放大器后噪声没有明显的增加。
[0003] 该方法利用传统的FM调制（角度调制）作为基础，其调制公式为：
[0004]
[0005] 其中，f。为载波频率，为调制频率，β为调制指数，该信号经过级数展开后可知， 该信号频谱中含有无穷个频率分量，且频率分量之间的频率间隔为匕，幅度为关于调制指 数β的η阶贝塞尔函数，上式如取N = 1，α。= 〇，a 1= JT /2,则
[0006] S(t) = sin(2* π *[cos(6* π *fm*t)+sin(2* π *fm*t)]) (2)
[0007] 当β取值为JQ(i3 ) = Λ(β )时，即能保证产生等幅度等间隔的瞬时多频信号。
[0008] 传统的FM常用的调制方式一般采用模拟电路实现，利用调制信号直接控制VC0， 使它输出的频率正比于外加的控制电压。该方法优点是能产生较大的频偏，缺点是需要利 用PLL电路来锁定频率，电路较复杂。本专利基于该直接调频的思想，利用目前某些DDS芯 片具有的内置RAM，可任意快速调制频率、相位的特点，事先找到调制信号的周期，将一个周 期内的频率/相位波形采样后存入DDS芯片的内置RAM内，DDS芯片根据RAM中的频率/相 位数据快速产生对应的调制波形。
【发明内容】
[0009] 发明创造的目的
[0010] 针对雷达系统中需要产生多频调制信号，设计出一种调制方式简单有效，利用DDS 芯片产生多频调制信号。
[0011] 技术方案
[0012] 利用DDS芯片，辅以FPGA控制，将调制信号利用mat lab等工具计算出一个周期内 的相位波形数据，通过硬件逻辑写入DDS芯片RAM中，上电初始化后，使DDS芯片直接根据 该相位曲线及预先设定的播放速率将信号播放出来，完成多频信号调制。
[0013] -种基于DDS芯片的多频信号产生方法，本方法包括以下步骤：
[0014] 第一步，根据多频信号产生的公式（2)，在仿真软件中模拟生成该多频信号，并计 算出对应调制指数β的值，利用仿真软件计算出一个调制周期1/圪内相位波形对应的相 位波形数据，并将数据进行模2 31，然后归一化处理；
[0015] S(t) = sin(2* π *[cos(6* π *fm*t)+sin(2* π *fm*t)]) (2)
[0016] 其中，f。表示载波频率，β表示调制指数，:^表示调制频率。
[0017] 第二步，利用DDS芯片能存储并播放相位波形数据的RAM模式，将DDS芯片配置成 RAM模式下连续循环方式的调相方式，将第一步归一化后的相位波形数据依次利用控制器 写入RAM内的对应地址，DDS芯片输出频率设置在载波频率f。上；
[0018] 第三步，上电后，控制器控制DDS芯片选择RAM区域的引脚profile，DDS芯片内部 播放地址指针指向RAM内数据的内起始地址，开始的相位数据输出，每输出一次数据，播放 地址指针指向的RAM内数据的内起始地址加1，DDS内部输出载频频率时叠加上该输出相位 数据后即形成了多频调制的信号输出，相位数据播放结束后，DDS芯片内部播放地址指针又 重新跳回RAM内数据的内起始地址，循环播放。
[0019] 发明创造的优点
[0020] 1.可以与雷达波形产生共用DDS芯片，不需要设计额外硬件电路；
[0021] 2.基于成熟的DDS芯片，实现方式简单有效，硬件逻辑占用资源少；
[0022] 3.中心频率f。及调制信号L可调；
【附图说明】
[0023] 该专利的实现框图如图1所示，硬件主要包括控制器芯片、DDS芯片，前者一般由 FPGA芯片完成，选取频率稳定度较高的晶振作为DDS芯片的参考频率Fr，DDS内部将产生 一个Fr/4的频率作为控制器的时钟输入，以满足外部控制器与DDS同步的要求。
[0024] 图2为实施例中多频信号S(t)利用仿真软件模拟产生后，经过FFT计算得出的频 谱图，图中横轴表示频率值，纵轴表示频率对应的幅值。
[0025] 图3为实施例中调制信号m(t) -个周期内的时域波形图，图中横轴表示时间，纵 轴表示某时刻对应的调制信号幅值。
【具体实施方式】
[0026] -种基于DDS芯片的多频信号产生方法，本方法包括以下步骤：
[0027] 第一步，根据多频信号产生的公式（2)，在仿真软件中模拟该信号的产生，利用 FFT产生信号频谱，该信号频谱由多根频谱线组成，从频谱中找到这多根频谱线满足"等幅 输出"条件所对应的β的值；调制信号m(t)公式（3)的周期T = 1/fm，利用仿真软件产生 一个周期T对应的调制信号数据，并将该数据段进行模2 π处理，DDS芯片内相位控制参数 是N位无符号二进制数，相位范围是（0~2 π )，故二进制数最大值2N对应的相位是2 π， 将模2 π处理后的数据再进行最大值2Ν归一化处理，并转换成无符号二进制数段；同时，根 据参考频率计算出载频f〇对应的无符号二进制数，用于DDS芯片中设定载波频率。
[0028] 第二步，利用FPGA对DDS芯片进行初始化，将DDS配置成RAM工作模式下的连续循 环播放方式，调制方式设定为调相，并根据第一步计算好的二进制数据段的长度，确定DDS 芯片内RAM使用的起始地址与结束地址，以及地址步进率，并将二进制数据段写入RAM中， DDS芯片输出频率设置在载波频率fO上。
[0029] 第三步，当上电FPGA对DDS芯片进行初始化后，DDS芯片内部根据设置的频率输 出载波信号，同时，DDS芯片内部播放地址指针指向RAM内数据的内起始地址，开始的相位 数据循环输出，DDS芯片内部输出载频频率时叠加上该输出相位数据后即形成了多频调制 的信号输出，当播放完最后一个地址后，指针跳转到起始地址继续播放，以此类推。
[0030] 以上所述仿真软件为matlab〇
[0031] m(t) = β * [cos (6* π *le6*t)+sin (2* π *le6*t) ] (3)
[0032] 实施例
[0033] 本专利选用中电58所的JDDS9910,它是一款内置14位DAC的直接数字频率合成 器，支持高达1GHz的采样速率，内部集成了静态RAM，支持频率、相位或振幅调制的组合，其 RAM由1024*32bits控制字组成，可分成8个独立的空间分别对其配置；所述控制器可选用 各类FPGA，本专利中选用Xi 1 inx公司的Spartan3的一款FPGA，它拥有可配置10达144个， 是低成本、高效能的优选芯片，有丰富可灵活配置的逻辑资源，还可以使用附带的PLL软核 合成想要的各种时钟，该FPGA内需完成对DDS芯片的初始化工作，包括DDS初始化配置、 RAM工作模式配置、以及相位波形数据写入DDS的RAM。利用JDDS9910产生中心频率为Fc =50M，3dB信号带宽为10M，频率间隔为1M的多频信号，晶振Fr = 1GHz。本方法包括以 下步骤：
[0034] 第一步，写出多频信号的公式如下：
[0035] S (t) = sin (2*π*50e6*t+β *[cos (6*π*le6*t)+sin(2*π*le6*t)])
[0036] 在matlab中利用FFT计算出其频谱，求出谱线对应幅度差值最小时对应的调频指 数β，如图1所示为多频信号部分频谱图，中间有9根谱线的频率差为1M，且经仿真计算当 β =1.4时输出幅度差小于1.8dB。图2为调制信号的时域波形图，可以看出，该信号的周 期为250个点，因为DDS内更新一次相位的最小时间为Fr/4 = 250M，因此1M调制信号在 250M采样率下需要250个点才能播放完成一个周期。
[0037] 所述的相位波形数据计算方法为：假设调制信号的时域波形中某点的值为X，则 该点对应的相位波形数据Y = mod (X，2 π ) *216/2 π，利用该公式可计算出所需要的250个 相位波形数据，再转换成无符号二进制数即可。
[0038] 第二步，利用DDS芯片能存储并播放相位波形数据的RAM模式，将DDS配置成RAM 模式下连续循环播放的的调相方式，并确定RAM使用的地址空间即起始地址与结束地址， 以及地址步进率。这里，起始地址设置为0,结束地址设置为249,地址步进率设为250M。
[0039] 第三步，当上电FPGA对DDS芯片进行初始化后，DDS芯片内部根据设置的频率输 出100M载波信号，同时，DDS芯片内部播放地址指针指向RAM内数据的内起始地址0,开始 的相位数据循环输出，DDS芯片内部输出载频频率时，以250M速率叠加上该输出相位数据 后即形成了多频调制的信号输出，当播放完最后一个地址249后，指针跳转到起始地址0继 续播放，以此类推。
[0040] 这里要指出的是由于DDS芯片内部最高相位更新速率为250M，因此利用该方法产 生的多频信号，其频谱在250M的两边是有谐波的，需加滤波器进行滤波。调制信号的频率 也必须是能整除250M，且调制信号频率fm〈2M。
【主权项】
1. 一种基于DDS芯片的多频信号产生方法，其特征是，本方法包括以下步骤： 第一步，根据多频信号产生的公式（2)，在仿真软件中模拟生成该多频信号，并计算出 对应调制指数β的值，利用仿真软件计算出一个调制周期1/圪内相位波形对应的相位波 形数据，并将数据进行模2 π，然后归一化处理； S (t) = sin (2* π *f〇*t+ β * [cos (6* π +sin (2* π ] (2) 其中，f。表示载波频率，β表示调制指数，:^表示调制频率； 第二步，利用DDS芯片能存储并播放相位波形数据的RAM模式，将DDS芯片配置成RAM 模式下连续循环方式的调相方式，将第一步归一化后的相位波形数据依次利用控制器写入 RAM内的对应地址，DDS芯片输出频率设置在载波频率f。上； 第三步，上电后，控制器控制DDS芯片选择RAM区域的引脚profile，DDS芯片内部播放 地址指针指向RAM内数据的内起始地址，开始的相位数据输出，每输出一次数据，播放地址 指针指向的RAM内数据的内起始地址加1，DDS内部输出载频频率时叠加上该输出相位数据 后即形成了多频调制的信号输出，相位数据播放结束后，DDS芯片内部播放地址指针又重新 跳回RAM内数据的内起始地址，循环播放。
【专利摘要】本发明属于雷达信号产生技术领域，特别是涉及一种多频信号产生方法。本发明利用DDS芯片，辅以FPGA控制，将调制信号利用matlab等工具计算出一个周期内的相位波形数据，通过硬件逻辑写入DDS芯片RAM中，上电初始化后，使DDS芯片直接根据该相位曲线及预先设定的播放速率将信号播放出来，完成多频信号调制。
【IPC分类】G01S7/35
【公开号】CN105676193
【申请号】
【发明人】包可佳, 苏光锋, 唐琦
【申请人】中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2014年11月20日