基于DDS的复杂信号模拟设计

2.3 调制波形发生

双调制函数也使用数字频率直接合成，中央处理单元把输出波形的波形频率幅度相位等数据锁存至FPGA，FPGA根据锁存的数据生成波形的数字幅相信号，如：正弦、方波、三角、锯齿、脉冲、噪声、复杂脉冲等。另外在生成以上波形的基础上，还可以对其进行调幅、调频、调相、脉调以及波形叠加输出，实现复杂调制函数模拟。对于任意波形、参差脉冲、脉冲抖动等非周期信号也通过波形存储的方式实现。如图1中，调制函数直接合成FPGA的外接RAM的大小决定了存储非周期波形信号的长度。

2.4 复杂信号模拟发生

如果要对载波进行频率相位调制，调制波形数字信号直接输入至AD9858控制FPGA，AD9858控制FPGA把调制信号数据和原载波频率或相位数据进行实时运算，数据实时送给AD9858，产生调频或调相信号输出。如果对载波进行幅度脉冲调制，则要通过DAC把数字信号转换为模拟信号再输入至AGC电路，完成幅度脉冲调制。

3 应用脉冲压缩雷达信号模拟实例

3.1 脉冲压缩雷达

现代雷达中，具有大时宽带宽积的脉冲压缩(PC)体制能够较好地解决探测能力与距离测量精度(分辨力)之间的矛盾，并且具有潜在的抗干扰能力。已经得到应用的特殊波形有：线性调频信号(LFM)、非线性调频信号(NLFM)、相位编码信号(PSK)和频率编码信号(FSK)等，LFM信号处理简单、多普勒特性好。本文着重介绍LFM脉冲压缩雷达信号的模拟。

3.2 线性调频脉冲信号模拟

LFM脉冲信号如图2所示，在时域对连续波进行调幅和调频产生。调幅信号如图3所示，就是LFM脉冲信号的包络波形。调频信号如图4所示，是包络内连续波的线性调频。要产生LFM脉冲信号，一般要生成连续波信号，线性调频三角波信号和包络信号，包络信号是宽度为τ的脉冲信号。本没计使用AD9858的线性扫描功能，直接生成线性调频的载波信号。复包络脉冲信号，使用FPGA直接生成。

脉冲序列表达式：

式中：rect(x)为矩形函数；Tr为脉冲重复周期；N为脉冲的个数。

脉冲序列在FPGA中生成的原理如图5所示。每个脉冲的周期和脉冲的宽度可控，脉冲的个数可控。根据脉冲序列的要求，在RAM中存人每个序列的频率字(周期)、脉冲的宽度以及脉冲的个数。在模拟脉冲时FPGA自动从RAM中调用数据至各寄存器，如频率字寄存器、脉冲宽度寄存器、计数初始值寄存器。累加器溢出一次为一个周期，控制输出值翻转，并控制RAM地址加1，读取下个脉冲的参数值。脉冲宽度计数器溢出输出值也会翻转一次，这样就实现可编程控制的脉冲输出。

线性调频功能不需要先模拟三角波再进行调频，而是使用AD9858的内部线性扫描功能直接生成调频信号。AD9858内部有一个频率步进字寄存器(DFTW)，一个频率步进斜坡字寄存器(DFRRW)，DFTW寄存器存储扫描时每2个频率点的频率间隔，DFRRW寄存器存储每个频率点驻留的时间。线性调频的起始频率由FTW寄存器控制，起始频率fs计算如式(4)所示：

式中：SYSCLK为AD9858参考时钟。

扫描的频率间隔△f计算如式(5)所示：

扫描的周期T如式(6)所示：

式中：ff为扫描终止频率。

AD9858线性调频的控制也不能通过中央处理单元直接完成。中央处理单元直接送数要达到信号模拟送数速度要求，因此在AD9858的控制FPGA中完成AD9858的FTW寄存器、DFTW寄存器、DFRRW寄存器等的送数，如图6所示。

图6中点划线框内为AD9858控制FPGA中的设计框图，中央处理单元把AD9858线性调频参数存入FPGA的寄存器中；图5中生成的脉冲包络信号按一定的时序把寄存器中的数据处理后送至AD9858中，同时输出同步脉冲信号。至此完成整个线性调频脉冲信号的模拟。

3.3 实验结果

在电路设计和调试完成后，还进行了多个实际信号的模拟。下面是脉冲压缩雷达信号的模拟结果，采用中国电子科技集团公司第41研究所的AV4033频谱分析仪进行测试。测试前的参数设置如图7所示，测试结果如图8所示。

4 结论

该设计方案主要以数字方式完成复杂信号的模拟，可以编程模拟各种复杂波形。性价比高、容易开发、实现的成品性能较好。特别是使用分步模拟的方式，提高了电路的柔性，降低了电路硬件要求。已经使用在我们研制的某多制式信号源中，完全满足设计输入要求。

限于DDS的上限频率不够高，本文的输出中频最高为350MHz，如果需要模拟更高频，可以使用上混频滤波实现。但随GaAs(砷化镓）材料在集成电路中的应用，使得DDS上限频率不够高的缺陷正在不断地被克服。