DDS在相控阵雷达信号处理中应用策略分析
发布时间：2023-04-15 20:42:01 来源：文档文库
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DDS在相控阵雷达信号处理中应用策略分析摘要：本文介绍了直接数字节合成技术（DDS）的工作原理，并对其结构组成、特点及影响其性能的主要因素进行了分析；根据直接数字合成技术的特点，探讨了其在相控阵雷达上的应用，并总结了DDS器件的主要组成和特性；着重研究了T/R组件中DDS单元电路的设计。关键词：直接数字节合成技术；相控阵雷达；应用策略分析DDS技术是一种新型的频率相位合成技术，它充分发挥了大规模集成电路（LSI）的快速、低功耗、大容量、体积小的特点，它的相位噪声低，频率分辨率高，转换速度快。由于大规模集成电路技术在工艺、材料等方面的不断革新，以及近年来对其算法的不断完善，使得DDS以其独特的优越性受到人们的重视，并逐渐成为当今国际上最热门的频率合成技术。一、DDS的工作原理及重要参数DDS主要有两类，即脉冲输出DDS和波形输出DDS。目前，生产和使用最多的是波形输出DDS，这种芯片也被用于日常的科研试验中。DDS的工作原理框图展示在图1中，其中包括原理框图器、只读存储器、数字节模拟转换器、低通滤波器，以及一个基准时钟。该相位累加器是一个具有溢出位的N比特累加器，它的数值确定了瞬间相位，把N比特的数据截短为Mbit，然后寻址ROM，产生Dbit的正弦和余弦数据，再利用DAC把它变换为模拟信号，然后用低通滤波器过滤掉多余的频率分量，从而获得期望的频率波形[1]。
在每个时钟循环中，相位累积器都会随着FCW的数值增大而增大，直至溢出，再从头再来。每个溢出的时间间隔决定了输出的正弦波或余弦波的时间，所以FCW频率控制是可以用来控制正弦波和余弦波的频率的。其中，最高频率fom连续信号的波形取决于波形存储的内容，通过基准时钟确定输出信号的最高频率。数字取样是DDS相位控制的理论基础。在硬件上，它是将一个由相位累加器和相位控制器提供数字量输入的逻辑操作装置。K是移相器的相位控制字节，通常比累加器的字节长度要小。K的最小相位量是：2pi/2K。在DDS移相器的设计中，采用了STEL-1175芯片，它的相位累积器字节长N=32。以下是DDS性能参数的分析：(1频率分辨度：在确定基准时钟之后，通过相位累积器的字节长度N来确定DDS的频率，其字节长度也决定了频率分辨率。通过改变频率控制字节，可以获得输出频率的有效变化，从而可以达到fc/2N的输出精度。理论上，只要相位累加器字节长N足够大，就能获得足够高的频域分辨率[2]。(2相位分辨率：增加一个逻辑控制电路，进行相位控制。相位分辨率取决于PCW的字节长P。DDS的相位分辨率与频率分辨率相当，其相位分辨率可以达到2π/2K，在K值足够大时，其相位解析度可以达到很好的水平。(3当f0=0Hz时，输出频率相对带宽
DDS的输出频率下限与频率控制字节是0的情形相对应。从奈奎斯特定理可以看出，DDS的最大输出频率应该是基准时钟频率的二分之一，也就是12fc。但由于DAC和滤波器的非理想特性,工程上可实现的DDS的输出频率上限一般为：DDS是一种开环系统，其结构决定了DDS的频率变换时间是由频率控制字节的发送时间和滤波器设备的响应时间共同确定的。该系统在工作方式上进行了巧妙的设计，使整个系统的频率变换速度达到了纳米级，这是常规的频率合成设备无法达到的。根据DDS原理，在频率快速变换条件下，输出频率随着频率控制字节的变化而变化，事实上，它是随着相位的增加而发生变化的，在这种情况下，输出信号的相位是连续的。（4）根据波形存储器中的参数来确定DDS的输出波形理论上，DDS可以生成相应波形的前提是波形包含的最高频率低于基准时钟频率的二分之一。DDS由于自身技术的特殊性，在输出信号中会产生一些杂散，而DDS的杂散是干扰其性能发挥的主要原因。由于DDS在传输带宽和干扰抑制上存在的问题，许多学者和科研单位提出了多种不同的信号处理方法和结构优化方案，使得DDS在实际生产中得到了广泛的应用[3]。二、基于DDS的相控阵雷达Ｔ/Ｒ组件设计方案2.1DDS特点简介波束跃度是影响相控阵雷达探测精度的关键因素之一。传统的移相器主要应用的是铁氧体器件，要减少小波束跃度，必须增大相控阵雷达的移相器数量，但是如果相位器个数超过8，则会产生移相精度不足、器件损耗增大、器件成本大幅提高等问题。
DDS技术在近几年得到了迅速发展，以DDS作为核心部件的相控阵雷达，其主要特征是通过计算机来控制相位移动，从而实现对多个目标的扫描，与传统的相控阵雷达相同，具有实时跟踪多个目标的优点，可以大大提高定位的精度。而且DDS频率转换快，输出信号相位连续，容易生成复杂的波形，从而有效提升了相控阵雷达的综合性能。2.2基于DDS的相控阵雷达数字节Ｔ/Ｒ组件方案设计采用DDS器件实现了相控阵雷达的全数字节T/R器件设计，实现了对相控阵雷达各部分的精确相位、振幅加权、频率捷变等功能。图2为相控阵雷达采用DDS 