综合脉冲孔径雷达的数字频率源设计

综合脉冲孔径雷达的数字频率源设计,数字频率源的设计方法介绍

第２８卷第６期２００６年６月

文章编号：１００１—５０６Ｘ（２００６）０６—０８１６－０３

系统工程与电子技术

ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ

Ｖ０１．２８Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．２００６

地波综合脉冲孔径雷达的数字频率源设计

陈伯孝，李锋林，张守宏

（西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安７１００７１）

摘

要：针对地波综合脉冲孔径雷达的性能要求，提出采用多个ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４设计多栽频数字频率源，

同时产生多个不同载频的线性调频中断连续波（ＬＦＭＩＣＷ）信号，并且每路发射信号的频率和初相可控；研究利用ＤＤＳ产生ＬＦＭＩＣＷ信号的有效方法；利用ＦＰＧＡ设计多片ＤＤＳ的控制逻辑并实现与计算机的串行通信协议。测试结果表明，该数字频率源的相位噪声在偏离载波１Ｈｚ处达一９２．６ｄＢｃ／Ｈｚ，满足高频地波雷达进行长时间相干积累对频率源稳定性的要求。

关键词：地波；综合脉冲孔径雷达；数字频率源；线性调频中图分类号：ＴＮ９５８

文献标识码：Ａ

Ｄｅｓｉｇｎｏｆｄｉｇｉｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｆｏｒｇｒｏｕｎｄ—ｗａｖｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｐｕｌｓｅ

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ＣＨＥＮＢａｉ—ｘｉａｏ，ＬＩＦｅｎｇ—ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＳｈｏｕ—ｈｏｎｇ

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ｃｙ

ｍｏｅｌｕｌａｔｉｏｎ

０

引言

兆赫兹的信号，因此利用ＤＤＳ作为高频地波雷达的数字频率源而不需要外加倍频器、混频器等电路。

１

频率源是各种电子设备工作的基础。数字频率源，是指输出信号的频率、初相、振幅、调制方式等可以数字方式控制并根据需要而改变的频率源。它与传统的模拟频率源相比，具有使用灵活方便、频谱纯度和稳定度高、体积小、重量轻等优点。特别是数字频率直接合成器（ＤＤＳ）的迅速发展，数字频率源必将逐步取代模拟频率源。数字频率源是数字化雷达的最基本特征。地波综合脉冲孔径雷达需要采用多个不同载频的线性调频中断连续波（ＬＦＭＩＣＷ）信号Ⅲ同时发射，并且对每路发射信号的初相进行控制，若采用传统的模拟频率源是难以实现的。由于高频地波雷达的工作频率低，一般在２５ＭＨｚ以下，而ＤＤｓ可以直接产生几百

收稿日期：２００５—０６—０１；修回日期：２００５一１２—２９。

ＤＤＳ的结构及其特点

ＤＤＳ是以数控振荡器的方式产生频率、相位可控的正弦

波。内部电路一般包括参考基准时钟、相位累加器、幅度／相位转换电路、Ｄ／Ａ转换器和低通滤波器（ＬＰＦ），如图１所示。

图１中Ｋ为频率控制字，＾为时钟频率，Ｎ为相位累加器的位数，Ｌ为ＲＯＭ的寻址位数，Ｄ为输出信号幅值的位数。下面以ＤＤＳ合成正弦波为例来说明。由图１可知，相位累加器在每一个时钟沿与频率控制字Ｋ累加一次，当累加器大于２“时，相位累加器相当于做一次模余运算。正弦查找表ＲＯＭ在每个时钟周期内，根据送给ＲＯＭ的地址

作者简介：陈伯孝（１９６６一），男，博士生导师，主要研究方向为雷达系统设计、雷达信号处理、阵列信号处理、精确制导与目标跟踪等。Ｅ－ｍａｉｌ；ｂｘｃｈｅｎ＠ｘｉｄｉａｎ。ｅｄｕ。Ｃｒｌ

综合脉冲孔径雷达的数字频率源设计,数字频率源的设计方法介绍

第６期陈伯孝等：地波综合脉冲孔径雷达的数字频率源设计

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图１

ＤＤＳ的基本结构

（相位累加器的前Ｌ位相位值）取出ＲＯＭ中已存储的与该地址相对应的正弦幅值，最后将该值送给ＤＡＣ和ＬＰＦ，实现量化幅值到正弦信号间的转换。由此可知，输出频率与时钟频率之间的关系为

ｆｏ—Ｋ ，ｃ／２”

（１）

即ＤＤＳ的最小频率分辨率为工／２”，最小相位分辨率为２√２‘。

直接数字频率合成器采用全数字的方式实现频率合

成，与传统的频率合成技术相比，具有以下特点：

（１）频率转换快。ＤＤＳ是一个开环系统，无任何反馈环节，转换时间很短，可达纳秒级。

（２）频率分辨率高、频点数多。理论上讲，只要相位累加器的字长Ｎ足够长，就可以得到足够高的频率分辨率。

（３）频率捷变时相位保持连续。

（４）输出波形的灵活性。由于ＤＤＳ采用全数字结构，本身又是一个相位控制系统，可以方便灵活地实现任意的波形。

但ＤＤＳ也存在一定的局限性，主要表现在：

（１）输出频带范围有限。由于ＤＤＳ内部ＤＡＣ和波形存储器（ＲＯＭ）的工作速度限制，使得ＤＤＳ输出的最高频率有限。

（２）输出杂散大。由于ＤＤＳ采用全数字结构，不可避免地引入了杂散。其来源主要有：相位累加器相位舍位误差造成的杂散；由存储器有限字长引起幅度量化误差所造成的杂散和ＤＡｃ非理想特性造成的杂散。２

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