基于直接数字频率合成技术的数字噪声源的设计

摘要

随着信息技术的发展和微型计算机的普及应用，计算机已成为目前应用最为广泛的信息处理和信息传输的电子设备。由于计算机的特殊结构与工作方式，不可避免地会向空间辐射电磁波，这些电磁信号往往包含有用的信息，会对信息的安全性造成很大的威胁，采用遮盖性干扰信号阻断对方的窃取是一种简单而有效的方法。 数字噪声源是专为防止安全信息的泄漏而设计的装置，传统噪声源存在干扰样式单一，调试维护复杂等诸多缺点。本课题在对遮盖性干扰所要求的噪声信号形式、实现方式等分析讨论的基础上，结合直接数字频率合成技术的特点和优势，首次提出了一种全数字式噪声源的设计实现方法。该方法以直接数字频率合成技术为硬件设计的理论基础，采用蒙特卡洛方法产生伪随机数序列，用经过变换的伪随机数序列直接控制DDS的输出幅度、频率或相位，可以分别得到噪声调幅、噪声调频或噪声调相信号。此种形式的噪声源具有系统结构简单、生产调试方便、成本低廉、能够在不改变硬件电路的前提下实现多种调制方式的特点。 本文首先探讨并提出了两种数字噪声源的实现方案，并选择用单片机来控制DDS芯片的噪声源的方案作为计算机干扰器的实现方案。对DDS的原理及特性进行了分析，对系统软件设计中所需的利用蒙特卡洛方法产生的伪随机数序列进行了独立性和均匀性检验，并在此基础上完成了计算机干扰器的设计和调试。本文最后详细介绍了干扰器的硬件电路与软件设计，硬件部分包括电源电路部分、单片机外围电路部分、DDS外围电路部分和噪声信号放大及传输部分。软件设计部分分析了伪随机数序列与频率控制字之间的转换关系，并给出了主程序和随机数产生子程序的软件流程图。 该系统经过实验和现场调试，其结果表明：干扰效果明显，完全满足系统的设计要求，通过了中国人民解放军信息安全认证中心的军B级认证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2相关技术国内外研究现状

1.3本文主要工作

第2章数字噪声源的总体方案设计

2.1遮盖性干扰的最佳干扰波形

2.1.1上、下幅度限制的情况

2.1.2噪声的平均功率限定的情况

2.2常用遮盖性干扰信号

2.2.1连续噪声调制干扰

2.2.2随机脉冲干扰

2.3数字噪声源的总体方案

2.3.1系统设计要求

2.3.2系统方案选择

2.4本章小结

第3章直接数字频率合成(DDS)简介

3.1 DDS的工作原理介绍

3.2 DDS的杂散分析

3.2.1实际参数输出DDS的杂散分量分析

3.2.2理想DDS输出频谱分析

3.3本章小结

第4章数字噪声源应用实例——内置式计算机干扰器的设计

4.1数字噪声源的系统构成

4.2数字噪声源的硬件构成

4.2.1电源电路单元

4.2.2电平转换电路单元

4.2.3时钟电路单元

4.2.4复位电路单元

4.2.5单片机接口电路单元

4.2.6 DDS外围电路单元

4.2.7放大电路单元

4.2.8信号传输单元

4.3数字噪声源的软件构成

4.3.1伪随机数的产生方法与检验的必要性

4.3.2检验程序及结果

4.3.3随机抽样

4.3.4软件流程

4.4本章小结

第5章系统调试与结果分析

5.1电源系统调试

5.2单片机系统调试

5.2.1晶振信号调试

5.2.2 ALE信号调试

5.2.3总线电平信号调试

5.3 AD9854系统调试与结果分析

5.3.1 AD9854工作在单帧模式的频率

5.3.2频谱分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

附录