基于DDS幅相调制的多点目标回波信号的研究

由于DDS具有信号模式控制灵活、输出带宽大、频率转换速度快、重复性好等突出优点，在现代雷达技术领域应用非常广泛。宽带线性调频信号的产生是其在雷达系统中的一种典型应用。

随着雷达系统功能的日趋多功能化和复杂化，工程师在雷达系统调试方面面临巨大的挑战。传统的通用测量仪器已经满足不了诸如SAR等复杂成像雷达系统的调试需求。在此背景下，回波模拟器应运而生，其中，宽带线性调频信号(LFM)体制雷达的复杂目标回波模拟器就是一类典型应用。

本文研究了以单片DDS器件来产生多点目标LFM回波的方法。此方法基于DDS 的频率扫描模式，同时利用其可输入的相位调制和外部控制幅度调制功能。

本文在分析利用单片DDS 产生多目标回波机理的同时，进行了仿真和实验验证，所提方法具有设计简单、易实现等特点，弥补了以往DDS芯片“搭积木”式多点目标模拟器结构复杂、功耗高的不足。

1 DDS 基本原理

简单来说，DDS的原理就是根据相位值直接查表，从而得到对应的数字波形幅值，经DAC 后转变成模拟信号。DDS主要由相位累加器、波形存储器和数模转换器组成。相位累加器是在频率调谐字的作用下，实现相位的逐级累加;当相位累加器产生一次2π溢出时，即完成一个周期性的波形产生。波形存储器中存储了一个周期的波形幅度值，完成信号的相位到幅度的转化。从理论上讲，波形存储器可以存储周期性的任意波形。

D/A 转换器的作用是把已合成波形的数字量转换成模拟信号。DDS信号产生过程主要包含：

(1)以频率控制字和系统时钟，产生量化的相位序列。此过程一般由相位累加器实现。

(2)从离散量化的相位序列产生对应的离散余弦信号幅度序列，此过程由波形存储器寻址完成。

图1 是DDS 的结构简图。图中，FTW(FrequencyTuning Word)、POW(Phase Offset Word)、ASF(Ampli-tude Scale Factor)、fc 分别为DDS 的频率调谐字、相位偏移字、振幅比例因子和工作时钟频率。相位累加器将FTW 与上一时钟周期的相位累加，并与POW 相加。同时相位累加器的累加值反馈到相位累加器输入端，作为下一周期的初值。然后，DDS根据累加值与POW 的和作为波形存储器的地址进行寻址，从而获得相对应的波形幅度值。该幅度值与幅度控制字ASF相乘后，得到最终输出的波形幅度。该数字量经D/A 转换器后即可得到所需波形。

由DDS的工作过程可知，DDS每个时钟的相位增量由相位偏移字POW 和频率调谐字FTW 共同确定。即FTW 和POW 共同决定输出信号的频率。另外，还可以通过控制POW,实现DDS输出相位增量的变化，从而实现相位调制功能。再者，通过调节ASF,还可以实现幅度调制功能。

在DDS 芯片中，有专用的频率扫描模式用于产生LFM 信号。在该工作模式下，只需设置对应的DDS 的工作参数，DDS 芯片内部的数字斜坡发生器(DigitalRamp Generator,DRG)就会产生相应调制参数，控制DDS输出LFM信号。

而且，DDS芯片还有一种并行数据工作模式，在该工作模式下，控制参数直接由多位并行数据端口输入，方便用户控制输出信号的调制信息。但是在此模式下，并行端口数据的时钟频率较DDS的系统工作时钟低得多。另外，还可以通过设置DDS内部的ASF寄存器和外部控制管脚OSK 实现幅度调制功能。频率扫描模式、并行数据工作模式和幅度调制功能可以同时工作，这为产生复杂信号提供了可能。

2 多点目标LFM 回波产生方法

2.1 多点目标LFM回波特征

单脉冲线性调频脉冲信号的归一化复数表达式可写成：

式中：T 为脉冲宽度;f0 为载波频率;K = B T 为调频斜率，B 为信号带宽，rect(t T ) 为矩形脉冲信号，表达式为：

的点频信号的叠加;即由式(7)可知：多目标回波是在原有线性调频信号的基础上，叠加了N 个点频信号的相位调制信息，并且该部分的信号带宽受各个目标间的相对时延值的制约，当Δti 之间的差值较小时，该相位调制部分是一个窄带信号。