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模擬調(diào)制技術(shù)論文

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  調(diào)制是為了傳送信息(如在電報(bào)、電話、無(wú)線電廣播或電視中)而對(duì)周期性或斷續(xù)變化的載波或信號(hào)的某種特征(如振幅、頻率或相位)所作的變更。下面小編給大家分享一些模擬調(diào)制技術(shù)論文,大家快來(lái)跟小編一起欣賞吧。

  模擬調(diào)制技術(shù)論文篇一

  基于DDS幅相調(diào)制的多點(diǎn)目標(biāo)回波模擬技術(shù)

  摘 要: 基于單片DDS器件AD9910,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)雷達(dá)回波模擬器。討論了LFM多目標(biāo)回波信號(hào)的特征,并結(jié)合AD9910器件功能,提出了采用DDS頻率掃描模式產(chǎn)生LFM信號(hào),同時(shí)通過(guò)DDS并行數(shù)據(jù)端口輸入幅相調(diào)制信息,模擬產(chǎn)生多目標(biāo)LFM回波。經(jīng)過(guò)對(duì)仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,驗(yàn)證了方法的有效性。所提方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,信號(hào)質(zhì)量良好,不增加額外硬件即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)目標(biāo)模擬功能,在雷達(dá)系統(tǒng)調(diào)試方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

  關(guān)鍵詞: DDS; 多目標(biāo); LFM; 頻率掃描模式

  中圖分類號(hào): TN957.51?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2013)19?0020?04

  0 引 言

  由于DDS[1]具有信號(hào)模式控制靈活、輸出帶寬大、頻率轉(zhuǎn)換速度快、重復(fù)性好等突出優(yōu)點(diǎn)[2],在現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生是其在雷達(dá)系統(tǒng)中的一種典型應(yīng)用。

  隨著雷達(dá)系統(tǒng)功能的日趨多功能化和復(fù)雜化,工程師在雷達(dá)系統(tǒng)調(diào)試方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的通用測(cè)量?jī)x器已經(jīng)滿足不了諸如SAR等復(fù)雜成像雷達(dá)系統(tǒng)的調(diào)試需求。在此背景下,回波模擬器應(yīng)運(yùn)而生,其中,寬帶線性調(diào)頻信號(hào)(LFM)體制雷達(dá)的復(fù)雜目標(biāo)回波模擬器就是一類典型應(yīng)用。

  本文研究了以單片DDS器件來(lái)產(chǎn)生多點(diǎn)目標(biāo)LFM回波的方法。此方法基于DDS的頻率掃描模式,同時(shí)利用其可輸入的相位調(diào)制和外部控制幅度調(diào)制功能。本文在分析利用單片DDS產(chǎn)生多目標(biāo)回波機(jī)理的同時(shí),進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所提方法具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn),彌補(bǔ)了以往DDS芯片“搭積木”[3]式多點(diǎn)目標(biāo)模擬器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高的不足。

  1 DDS基本原理

  簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),DDS的原理就是根據(jù)相位值直接查表,從而得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字波形幅值,經(jīng)DAC后轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)。DDS主要由相位累加器、波形存儲(chǔ)器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。相位累加器是在頻率調(diào)諧字的作用下,實(shí)現(xiàn)相位的逐級(jí)累加;當(dāng)相位累加器產(chǎn)生一次2π溢出時(shí),即完成一個(gè)周期性的波形產(chǎn)生。波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了一個(gè)周期的波形幅度值,完成信號(hào)的相位到幅度的轉(zhuǎn)化。從理論上講,波形存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)周期性的任意波形[4?5]。D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把已合成波形的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。DDS信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程主要包含[6?7]:

  (1)以頻率控制字和系統(tǒng)時(shí)鐘,產(chǎn)生量化的相位序列。此過(guò)程一般由相位累加器實(shí)現(xiàn)。

  (2)從離散量化的相位序列產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的離散余弦信號(hào)幅度序列,此過(guò)程由波形存儲(chǔ)器尋址完成。

  圖1是DDS的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中,F(xiàn)TW(Frequency Tuning Word)、POW(Phase Offset Word)、ASF(Amplitude Scale Factor)、[fc]分別為DDS的頻率調(diào)諧字、相位偏移字、振幅比例因子和工作時(shí)鐘頻率。相位累加器將FTW與上一時(shí)鐘周期的相位累加,并與POW相加。同時(shí)相位累加器的累加值反饋到相位累加器輸入端,作為下一周期的初值。然后,DDS根據(jù)累加值與POW的和作為波形存儲(chǔ)器的地址進(jìn)行尋址,從而獲得相對(duì)應(yīng)的波形幅度值。該幅度值與幅度控制字ASF相乘后,得到最終輸出的波形幅度。該數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后即可得到所需波形。

  由DDS的工作過(guò)程可知,DDS每個(gè)時(shí)鐘的相位增量由相位偏移字POW和頻率調(diào)諧字FTW共同確定。即FTW和POW共同決定輸出信號(hào)的頻率。另外,還可以通過(guò)控制POW,實(shí)現(xiàn)DDS輸出相位增量的變化,從而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制功能。再者,通過(guò)調(diào)節(jié)ASF,還可以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制功能。

  在DDS芯片中,有專用的頻率掃描模式用于產(chǎn)生LFM信號(hào)。在該工作模式下,只需設(shè)置對(duì)應(yīng)的DDS的工作參數(shù),DDS芯片內(nèi)部的數(shù)字斜坡發(fā)生器(Digital Ramp Generator,DRG)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)制參數(shù),控制DDS輸出LFM信號(hào)。

  而且,DDS芯片還有一種并行數(shù)據(jù)工作模式,在該工作模式下,控制參數(shù)直接由多位并行數(shù)據(jù)端口輸入,方便用戶控制輸出信號(hào)的調(diào)制信息。但是在此模式下,并行端口數(shù)據(jù)的時(shí)鐘頻率較DDS的系統(tǒng)工作時(shí)鐘低得多。另外,還可以通過(guò)設(shè)置DDS內(nèi)部的ASF寄存器和外部控制管腳OSK實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制功能。頻率掃描模式、并行數(shù)據(jù)工作模式和幅度調(diào)制功能可以同時(shí)工作,這為產(chǎn)生復(fù)雜信號(hào)提供了可能。

  2 多點(diǎn)目標(biāo)LFM回波產(chǎn)生方法

  2.1 多點(diǎn)目標(biāo)LFM回波特征

  單脈沖線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的歸一化復(fù)數(shù)表達(dá)式可寫成[8]:

  的點(diǎn)頻信號(hào)的疊加;即由式(7)可知:多目標(biāo)回波是在原有線性調(diào)頻信號(hào)的基礎(chǔ)上,疊加了[N]個(gè)點(diǎn)頻信號(hào)的相位調(diào)制信息,并且該部分的信號(hào)帶寬受各個(gè)目標(biāo)間的相對(duì)時(shí)延值的制約,當(dāng)[Δti]之間的差值較小時(shí),該相位調(diào)制部分是一個(gè)窄帶信號(hào)。

  本文主要討論多點(diǎn)目標(biāo)回波間有脈內(nèi)重疊的情況,即目標(biāo)之間相對(duì)延時(shí)較小,所以[i=1NΓi·rectt-ΔtiT?exp-jπBTtΔti]分量為低頻、窄帶信號(hào)。因此,此分量的調(diào)制信息能以很小的采樣率采樣并無(wú)失真的恢復(fù),將此分量的采樣數(shù)據(jù)調(diào)制到LFM信號(hào)上即可得到多目標(biāo)回波。

  2.2 多目標(biāo)回波DDS產(chǎn)生方法

  由上一節(jié)的分析可知:多目標(biāo)的LFM回波可以表示為一個(gè)LFM信號(hào)被一個(gè)窄帶信號(hào)所調(diào)制的形式。這樣,可以結(jié)合DDS的特點(diǎn),以DDS頻率掃描模式產(chǎn)生[s∑(t)]中線性調(diào)頻信號(hào),并控制POW,以并行數(shù)據(jù)端口模式形成窄帶相位調(diào)制信號(hào),并以幅度調(diào)制功能去除多余時(shí)間段上的信號(hào),從而形成多目標(biāo)LFM回波。但是,針對(duì)多目標(biāo)回波,相位調(diào)制端口的更新率要求較為復(fù)雜。這是由于式(7)中,相位調(diào)制項(xiàng)與線性調(diào)頻項(xiàng)是相乘的關(guān)系。因此較難在理論上確定該端口所需的更新率。但可以采用計(jì)算機(jī)仿真的手段,予以分析。本文即通過(guò)仿真論證來(lái)選取合適的端口更新率的。此外,調(diào)制信息的量化精度也會(huì)影響多目標(biāo)回波產(chǎn)生的性能。較高的位寬當(dāng)然可以改善所產(chǎn)生信號(hào)的性能,但是卻對(duì)DDS的內(nèi)部存貯量提出了更高的要求。對(duì)此,本文也采用仿真驗(yàn)證的方式,選擇合適的量化位數(shù)。   綜上所述,基于單片DDS產(chǎn)生多點(diǎn)目標(biāo)回波的具體流程如下:

  (1)在一定采樣率下,利用Matlab計(jì)算給定數(shù)目和延時(shí)的多目標(biāo)回波,并對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行歸一化;

  (2)提取回波信號(hào)的相位信息。將回波信號(hào)的相位與原LFM信號(hào)的相位相減、求模即可得到相位調(diào)制序列;

  (3)將相位調(diào)制序列降采樣至并行端口模式的時(shí)鐘速率,并進(jìn)行量化,形成并行數(shù)據(jù)端口輸入的POW數(shù)據(jù);

  (4)設(shè)置DDS工作在所需參數(shù)的頻率掃描模式,并將量化后的幅度、相位序列等信息輸入給DDS,對(duì)DDS的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理。

  2.3 仿真驗(yàn)證

  本節(jié)將從仿真的角度驗(yàn)證上述方法的可行性。此外,通過(guò)仿真分析POW的時(shí)鐘速率和數(shù)據(jù)相位量化位數(shù)對(duì)信號(hào)模擬性能的影響,以選擇合適的并行端口時(shí)鐘速率和相位量化位數(shù)。

  首先,驗(yàn)證方法的可行性。仿真中采用的信號(hào)形式為中心頻率[f0]=60 MHz,帶寬[B]=20 MHz,時(shí)寬[T]=4 μs的LFM信號(hào),采樣頻率為1 000 MHz,POW時(shí)鐘速率[fPOW]=125 MHz,相位量化[Q]位數(shù)為8 b,三點(diǎn)目標(biāo)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的時(shí)延為1 μs,[43]μs,2 μs。

  基于2.2節(jié)中描述的過(guò)程,將得到的量化后的相位序列,插值到采樣率為1 000 MHz的相位序列;然后,將其與起始頻率為50 MHz,調(diào)頻率為[5×1012 s-2]的線性調(diào)頻信號(hào)的相位序列求和,取模值,得到輸出信號(hào)的相位序列。最后,以相位序列和幅度序列合成余弦信號(hào)序列,并進(jìn)行低通濾波處理,得到形成仿真回波。

  同時(shí),采用Matlab分別計(jì)算這三點(diǎn)目標(biāo)回波并疊加(采樣頻率為1 000 MHz),形成了理想的回波信號(hào)。圖2就是這兩組回波——理想回波與仿真回波的脈壓結(jié)果的比較圖。

  實(shí)線、點(diǎn)線分別表示理想回波和仿真回波的脈沖壓縮結(jié)果??梢钥闯觯瑑山M回波的脈沖壓縮結(jié)果在回波目標(biāo)位置和幅度、主瓣寬度、峰值旁瓣比等方面一致性很好。良好的一致性說(shuō)明了在滿足采樣定律的情況下,可以通過(guò)不同的采樣頻率分別將兩部分:線性調(diào)頻信號(hào)部分和相位調(diào)制部分分別采樣,而其脈壓結(jié)果不會(huì)受到影響。這進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提出的:以DDS的頻率掃描模式產(chǎn)生回波中LFM部分,以并行數(shù)據(jù)端口模式輸入相位調(diào)制信息產(chǎn)生多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波方法的有效性。

  下面仿真研究不同POW更新速率對(duì)模擬結(jié)果的影響。其他仿真條件不變,POW更新速率分別取125 MHz(點(diǎn)線表示)和62.5 MHz(‘+’表示)。將這兩組數(shù)據(jù)的脈沖壓縮結(jié)果與理想回波的進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖3所示。

  三組回波的脈沖壓縮結(jié)果在3個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波的位置和幅度、主瓣寬度、峰值旁瓣比等方面基本一致。由此可知,在滿足采樣定律的情況下POW更新速率的提高對(duì)信號(hào)的仿真結(jié)果無(wú)較大影響;同時(shí)也間接說(shuō)明此方法中對(duì)疊加的[N]個(gè)單頻信號(hào)的調(diào)制信息能以很小的采樣率采樣并無(wú)失真的恢復(fù)??梢赃@么理解,多點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)的高頻變化部分由DDS的頻率掃描模式實(shí)現(xiàn),其采樣是基于相位量化機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)的;而附加的幅相調(diào)制信息帶寬較小,所需的采樣率(POW更新率)可以較低。

  下面仿真研究數(shù)據(jù)量化位數(shù)對(duì)此方法性能的影響。其余仿真條件不變,POW更新速率取為125 MHz,將數(shù)據(jù)量化位數(shù)分別取為4 b(點(diǎn)線表示)和8 b(‘+’表示)的脈沖壓縮結(jié)果與理想回波(連續(xù)曲線表示)的進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖4所示。

  由圖4可以看出,三組信號(hào)的脈壓結(jié)果在目標(biāo)位置和幅度方面基本一致;而在目標(biāo)副瓣方面,數(shù)據(jù)量化位數(shù)為8 b的仿真數(shù)據(jù)的脈壓結(jié)果和理想回波的基本一致,而數(shù)據(jù)量化位數(shù)為4 b的與理想回波的有較大差距。由此得出結(jié)論,數(shù)據(jù)量化位數(shù)會(huì)嚴(yán)重影響此方法性能。

  3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

  在仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步通過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證此方法的實(shí)際性能。本實(shí)驗(yàn)中,選用DDS芯片為ANALOG DEVICES公司的 AD9910,該芯片的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80 dBc,相位噪聲達(dá)到140 dBc/Hz,工作時(shí)鐘頻率可以達(dá)到1 000 MHz,頻率分辨率可達(dá)到0.23 Hz,輸出信號(hào)頻率最高400 MHz,有4種工作模式,可以滿足實(shí)驗(yàn)的需要,外部輸入的POW的速率[10]最大為250 MHz。

  在實(shí)驗(yàn)中,基本信號(hào)形式為載頻60 MHz、帶寬20 MHz、時(shí)寬4 μs、采樣率125 MHz、相位量化精度8 b的LFM信號(hào)。仿真3個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波,其時(shí)延分別為0 μs,0.333 6 μs,0.533 6 μs(為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn),又不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,將目標(biāo)回波的起始位置作為回波信號(hào)的零點(diǎn))。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),首先將經(jīng)量化后的幅度數(shù)據(jù)和相位序列作為原始數(shù)據(jù)輸入給AD9910芯片,并設(shè)置其頻率掃描模式的相關(guān)參數(shù),使AD9910按文中所提的方法產(chǎn)生輸出信號(hào)。然后,用示波器記錄AD9910輸出的波形數(shù)據(jù)(采樣率1.25 GHz)。最后將AD9910輸出的多目標(biāo)回波數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮的結(jié)果同理想仿真數(shù)據(jù)的做比較,實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果如圖5所示。

  從圖5中可知,3個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波仿真數(shù)據(jù)的脈沖壓縮結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的脈沖壓縮結(jié)果在位置和幅度上基本保持一致,尤其在PSLR大于30 dB的區(qū)域,兩者具有良好的一致性。然而,從圖中也能看出,在PSLR小于30 dB的區(qū)域,兩者吻合程度并不好。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往具有較高的副瓣電平,這是由實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)中的一些不理想因素造成的。但是,對(duì)于實(shí)際雷達(dá)調(diào)試而言,基本可以滿足使用要求。由此得到結(jié)論,本文提出的多目標(biāo)回波仿真方法在一定誤差范圍內(nèi)能很好地模擬原始信號(hào),且性能優(yōu)良。

  4 結(jié) 論

  本文針對(duì)線性調(diào)頻脈沖體制信號(hào),分析了多目標(biāo)回波信號(hào)的幅度和相位特性,并提出一種基于DDS的頻率掃描模式產(chǎn)生LFM信號(hào),并通過(guò)幅相調(diào)制引入多目標(biāo)的幅度和相位信息的回波產(chǎn)生方法。仿真結(jié)果表明,此方法產(chǎn)生回波的脈沖壓縮結(jié)果和理想結(jié)果基本一致,有很好的目標(biāo)檢測(cè)性能;說(shuō)明此方法能夠很好地模擬LFM的多目標(biāo)回波信號(hào)。同時(shí),經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證,本文提出的方法不僅能很好地完成預(yù)想功能,而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功耗低等優(yōu)勢(shì),應(yīng)用前景廣闊。   參考文獻(xiàn)

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