雷达信号源中的DDS杂散抑制研究

摘要

雷达信号源在雷达系统设计中占有重要地位，其信号的性能对雷达的测距精度、分辨率、抗干扰能力、目标识别等有很大的影响。直接数字频率合成技术DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)由于其输出频率丰富、频率间隔小、转换时间短、相位连续和多波形输出的优点使其在雷达信号源的设计中成为主流技术。但是由于目前数字器件的工作速度限制和 DDS自身结构方面的缺陷，DDS输出杂散性能差，在一定程度上限制了其应用。因此，研究 DDS杂散输出的特点、性能、分布规律及其对应的杂散抑制方法，对研制应用新一代高性能雷达信号源和军事国防方面有重大的意义。
　　针对DDS的原理和结构特点，利用离散傅里叶变换法，推导出理想情况下和非理想情况下 DDS输出频谱的特性，找出杂散来源，对相位截断误差和幅度量化误差做出数学定性分析，对数模转换非理想特性做出一般描述，找出其对DDS频谱输出的影响规律，在不同条件下通过 Matlab软件仿真出 DDS输出频谱的特性，直观的看出主谱信号和杂散信号的特点和规律。针对杂散的分布特性，采用了一些杂散抑制方法对 DDS设计进行改进，从理论和实际仿真中验证了这些方法抑制杂散的有效性。通过相位抖动注入法来平均杂散幅度量，可以很好的抑制相位截断杂散的输出。利用延时叠加法可以有效的降低底部噪声，提高信噪比。在一定条件限制下改进的波形 ROM存储方式和相位累加器结构可以有效提高信噪比。最主要的是对坐标旋转数字计算机(Cordic)算法进行了分析和研究，对其改进后用于 DDS的设计中，能够得到频谱纯、杂散低、失真小、稳定度好的波形，通过仿真看出其对杂散抑制作用的明显性和优越性。
　　结合FPGA(Field Programmable Gate Array)，利用VHDL语言，采用原理图输入和文本输入相结合方法，对相关杂散抑制方法进行硬件描述，设计出改进后的DDS。综合编译和仿真后能够得到多波形输出和调制波形输出。最后，利用 Protel软件设计出数模转换电路和低通滤波电路，通过 Multisim10仿真后可以看出所设计电路能够很好满足技术指标。
　　通过软件仿真和硬件实现，能够得出所使用的杂散抑制方法在改进后的DDS中具有很大作用。随着 VLSI的发展和制造工艺的改进，DDS杂散输出将会得到有效的抑制。

目录

符号表

第1章 绪论

1.1论文研究背景与意义

1.2直接数字频率合成技术的发展与研究现状

1.3本文主要工作与内容安排

第2章 雷达信号源与DDS技术

2.1雷达信号基本理论

2.2 DDS技术原理

2.3本章小结

第3章 DDS杂散频谱分析与仿真

3.1理想DDS输出频谱特性

3.2非理想DDS输出频谱特性

3.3本章小结

第4章 DDS杂散抑制

4.1抖动注入技术

4.2延时叠加法

4.3压缩ROM数据

4.4修改频率控制字K

4.5嵌入Cordic算法于DDS设计中

4.6本章小结

第5章 DDS系统的FPGA实现和硬件电路设计

5.1 FPGA及其开发开发环境

5.2系统整体设计

5.3基于FPGA的DDS设计

5.4基于改进的Cordic算法实现DDS

5.5数模转换与放大电路

5.6低通滤波器设计

5.7多波形信号与调制信号

5.8本章小结

第6章 结论

参考文献

缩略语词汇表

附录A 程序部分相关代码

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果