基于DDS幅相調制的多點目標回波信號的研究

由于DDS具有信號模式控制靈活、輸出帶寬大、頻率轉換速度快、重復性好等突出優點，在現代雷達技術領域應用非常廣泛。寬帶線性調頻信號的產生是其在雷達系統中的一種典型應用。

隨著雷達系統功能的日趨多功能化和復雜化，工程師在雷達系統調試方面面臨巨大的挑戰。傳統的通用測量儀器已經滿足不了諸如SAR等復雜成像雷達系統的調試需求。在此背景下，回波模擬器應運而生，其中，寬帶線性調頻信號(LFM)體制雷達的復雜目標回波模擬器就是一類典型應用。

本文研究了以單片DDS器件來產生多點目標LFM回波的方法。此方法基于DDS 的頻率掃描模式，同時利用其可輸入的相位調制和外部控制幅度調制功能。

本文在分析利用單片DDS 產生多目標回波機理的同時，進行了仿真和實驗驗證，所提方法具有設計簡單、易實現等特點，彌補了以往DDS芯片“搭積木”式多點目標模擬器結構復雜、功耗高的不足。

1 DDS 基本原理

簡單來說，DDS的原理就是根據相位值直接查表，從而得到對應的數字波形幅值，經DAC 后轉變成模擬信號。DDS主要由相位累加器、波形存儲器和數模轉換器組成。相位累加器是在頻率調諧字的作用下，實現相位的逐級累加;當相位累加器產生一次2π溢出時，即完成一個周期性的波形產生。波形存儲器中存儲了一個周期的波形幅度值，完成信號的相位到幅度的轉化。從理論上講，波形存儲器可以存儲周期性的任意波形。

D/A 轉換器的作用是把已合成波形的數字量轉換成模擬信號。DDS信號產生過程主要包含：

(1)以頻率控制字和系統時鐘，產生量化的相位序列。此過程一般由相位累加器實現。

(2)從離散量化的相位序列產生對應的離散余弦信號幅度序列，此過程由波形存儲器尋址完成。

圖1 是DDS 的結構簡圖。圖中，FTW(FrequencyTuning Word)、POW(Phase Offset Word)、ASF(Ampli-tude Scale Factor)、fc 分別為DDS 的頻率調諧字、相位偏移字、振幅比例因子和工作時鐘頻率。相位累加器將FTW 與上一時鐘周期的相位累加，并與POW 相加。同時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根據累加值與POW 的和作為波形存儲器的地址進行尋址，從而獲得相對應的波形幅度值。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。該數字量經D/A 轉換器后即可得到所需波形。

由DDS的工作過程可知，DDS每個時鐘的相位增量由相位偏移字POW 和頻率調諧字FTW 共同確定。即FTW 和POW 共同決定輸出信號的頻率。另外，還可以通過控制POW,實現DDS輸出相位增量的變化，從而實現相位調制功能。再者，通過調節ASF,還可以實現幅度調制功能。

在DDS 芯片中，有專用的頻率掃描模式用于產生LFM 信號。在該工作模式下，只需設置對應的DDS 的工作參數，DDS 芯片內部的數字斜坡發生器(DigitalRamp Generator,DRG)就會產生相應調制參數，控制DDS輸出LFM信號。

而且，DDS芯片還有一種并行數據工作模式，在該工作模式下，控制參數直接由多位并行數據端口輸入，方便用戶控制輸出信號的調制信息。但是在此模式下，并行端口數據的時鐘頻率較DDS的系統工作時鐘低得多。另外，還可以通過設置DDS內部的ASF寄存器和外部控制管腳OSK 實現幅度調制功能。頻率掃描模式、并行數據工作模式和幅度調制功能可以同時工作，這為產生復雜信號提供了可能。

2 多點目標LFM 回波產生方法

2.1 多點目標LFM回波特征

單脈沖線性調頻脈沖信號的歸一化復數表達式可寫成：

式中：T 為脈沖寬度;f0 為載波頻率;K = B T 為調頻斜率，B 為信號帶寬，rect(t T ) 為矩形脈沖信號，表達式為：

的點頻信號的疊加;即由式(7)可知：多目標回波是在原有線性調頻信號的基礎上，疊加了N 個點頻信號的相位調制信息，并且該部分的信號帶寬受各個目標間的相對時延值的制約，當Δti 之間的差值較小時，該相位調制部分是一個窄帶信號。