常用的雷達信號 基于DDS的線性調頻信號的產生

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一、?DDS工作原理

DDS（Direct Digital Synthesizer）技術是一種頻率合成方法，其輸出頻率具有分辨率高、功耗低、頻率切換速度快且頻率切換時輸出信號的相位連續(xù)等特點。為此在數(shù)字信號處理及硬件實現(xiàn)中有著很重要的作用。DDS的結構主要由相位累加器、波形存儲器、數(shù)模轉換器和低通濾波器等四個大的結構組成，其結構框圖如下：

其中，fclk為參考時鐘，Pword為相位控制字，給定輸出信號的初始相位值；Fword為頻率控制字，用于控制輸出信號的頻率。DDS模塊工作時，每來一個參考時鐘，相位累加器就將頻率控制字與寄存器輸出的值累加，將相加后的值繼續(xù)輸入到寄存器中，這樣構成一個循環(huán)，可以不停的對頻率控制字進行累加。累加的值作為地址在波形存儲器中通過查找地址所對應的幅值表，就可以完成其從相位到幅值之間的轉化。

在DDS模塊中，輸出頻率的公式為：Fout = fclk/2*Fword

從公式可以看出，DDS輸出的頻率由頻率控制字Fword決定。當頻率控制字變化時，輸出頻率也跟著變化，從而可以實現(xiàn)調頻信號的產生。

二、?線性調頻信號

線性調頻信號是一種頻率連續(xù)線性變化的信號，是一種常用的雷達信號。在雷達系統(tǒng)中常用做發(fā)射信號，由于其帶寬較高且包絡為矩形，故在接收機端可以實現(xiàn)脈沖壓縮得到較高的距離分辨力。線性調頻信號表達式為：S(t)=Acos(2πf0 + πut^2) (0≤t≤τ)；相位對 t 求導得到頻率： f=f0+ut；其中：f0為起始頻率，u為調頻斜率，τ為脈沖寬度，B=uτ為信號的帶寬。由公式可以看出，S(t)的頻率隨時間變化線性變化，初始值為f0，斜率為u。

三、?基于DDS的線性調頻信號產生

由DDS原理可知通過控制輸入的頻率控制字即可控制輸出的信號頻率，我們可以通過控制頻率控制字使DDS輸出信號的頻率線性變化，由此產生線性調頻信號。由于在MATLAB中仿真能更清楚的了解信號的頻譜，故本實驗采用在system generator中搭建模型的方式，仿真正確后生成IP核的加入到工程中。首先，我們需要確定線性調頻信號的相關參數(shù)，即模型的輸入包括采樣率fs、信號的帶寬B、斜率選擇ratio以及初始相位frq_first等。整體模型框圖如下圖所示：

首先根據(jù)帶寬及采樣率通過fword_gen模塊產生線性的DDS的頻率控制字，并且給出初始相位和斜率選擇；將計算得到的頻率控制字輸出給DDS，產生頻率在Band帶寬內線性變化的余弦信號；最后通過幅度調制模塊對輸出信號的振幅進行調整，得到一個chirp信號。

DDS模塊調用xilinx的IP核DDS compiler6.0，可以雙擊IP核進行配置其系統(tǒng)時鐘、相位位寬、輸出信號位寬等。

其中poff為相位控制字，pinc為頻率控制字。需要注意的是，在搭建模型調用IP核時，輸入的相位控制字和頻率控制字均需要為小數(shù)，可以通過調用reinterpret模塊，將fword_gen模塊生成的頻率控制字轉換成小數(shù)后輸入給DDS IP核。

最后通過在matlab環(huán)境下仿真得到的chirp信號如下圖所示：分別為信號實部、虛部以及初始相位375M、帶寬為500M的信號頻譜圖。

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