基于DDS技术的引信信号发生器设计

刘曼 张亚 李世中

摘要：针对传统脉冲引信信号发生器多以模拟信号源产生信号，信号精度低，体积大，较难满足引信作战技术要求，结合微电子和数字集成电路在军事领域的迅猛发展，提出了基于直接数字频率合成技术的脉冲波发生器。该方法以单片机AT89C51控制产生波形频率，以AD9852芯片合成脉冲波形，经A/D转化及滤波器处理，产生平滑清晰的脉冲波形。仿真结果表明：该系统提高了脉冲波形产生的稳定度和精度，很好的满足了现代化作战的精确要求。

关键词：脉冲无线电引信；发射机；DDS；单片机Abstract:Multi-source generates a signal to an analog signal for conventional pulse fuze signal generator, signal accuracy is low, bulky, difficult to meet the technical requirements of the fuze operations, combined with microelectronics and digital integrated circuits rapid development in the military field, made a direct digital frequency-based synthesis of the pulse wave generator. The method to generate the waveform frequency microcontroller AT89C51 control to AD9852 chip pulse waveform synthesis, the A/D conversion and filter processing, resulting in smooth clear pulse waveform. Simulation results show that: the system improves the stability of the pulse waveform generation and accuracy, good to meet modern warfare.

Key words:pulsed radio fuze;transmitter;DDS;single chip microcomputer 无线电引信的出现是引信发展史上的一次重大的技术革命。它利用目标的回波信号所反应的速度、位置等信息来确认目标，比触发引信和时间引信等具有更强的灵敏性和更快的反应速度，已成为引信发展的主导方向[1,2]。而随着计算机与微电子等技术的发展，无线电引信逐渐走向数字化。以直接数字频率合成技术（DDS）产生的信号波形具有高精度、高性能、分辨率高、易于实现数字调制等特点，而且其系统易于集成，功耗低，体积小，可以很好的满足脉冲无线电引信发射机的设计要求[3]。

1脉冲无线电引信工作原理

一般的脉冲引信工作原理类似于脉冲测距雷达，如图1所示。发射装置通过天线发射一定脉宽及重复周期的矩形脉冲串，其一部分能量被目标反射，引信接收到的目标反射脉冲在时间上比发射脉冲滞后一个时间Δt，即Δt=2R/c,它正比于引信到目标的距离R。利用从发射信号中提取距离等信息来控制引信作用[1]。

发射机由脉冲信号发生器、调制器，高频振荡器及电源组合组成。传统脉冲信号发生器是一个自激间歇振荡器，其间歇振荡器的脉冲重复频率为400Hz。本文以DDS芯片AD9852合成脉冲波形，以单片机AT89C51控制产生波形频率，经A/D转化及滤波器处理，产生平滑清晰的脉冲波形。

2DDS的基本原理与参数计算

一个直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器(LPF)构成。

直接数字频率合成技术（DDS），是从相位概念出发，对需要合成信号的波形进行相位分割，对分割后的相位值赋予相应的地址，然后按时钟频率以一定的步长抽取相位累加器地址，利用信号相位与幅度的关系，输出幅度样值，这些幅度样值的包络就反映了需要合成信号的波形。这样，当波形ROM中存入不同波形幅度值时，DDS就可以产生任意波了[3]。

相位累加器是DDS的核心部件，其内部由级联的加法器和相位寄存器构成。在时钟脉冲的作用下，加法器将频率控制字与累加寄存器输出的数据相加，相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是输出的信号频率[4,5]。

对于DDS输出的频率可由下面的公式计算得出：

式中：f0表示输出频率；K为二进制频率控制字；fc表示内部参考时钟；N为相位累加器的长度 。

当外部参考时钟频率为50MHz，输出频率需要为1MHz时，系统时钟经过6倍频，使得变为300MHz，这样就可利用以上公式计算出DDS的需要设定的频率控制字K=1×248/300。

3脉冲波形的产生

脉冲ROM查找表可通过调用Max+plusⅡ中提供的LPM_ROM兆功能块设计。在程序中调用兆功能块，并对参数进行设置。

通常，根据输出模拟波形的精度要求来确定D/A转换器的输入位数P，其精度为1/2p。一般情况下ROM查找表的位宽M要比D/A转换器的精度多2～4位。此处由于我们选用硬件为8位的D/A，所以波形精度为1/28，ROM位宽为11。

调用LPM_ROM：

COMPONENT LPM_ROM IS

GENERIC( LPM_WIDTH:POSITIVE:=8;

LPM_WIDTHAD:POSITIVE:=11;

LPM_ADDRESS_CONTROL:STRING := "REGISTERED";

LPM_OUTDATA:STRING := "REGISTERED";

LPM_FILE:STRING:= "SINDATA.MIF";

LPM_NUMWORDS:POSITIVE:=2048);

PORT(ADDRESS:INSTD_LOGIC_VECTOR(LPM_WIDTHAD-1DOWNTO0;

INCLOCK:IN STD_LOGIC;

OUTCLOCK:IN STD_LOGIC;

Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0));

END COMPONENT;

4仿真結果

本系统设计完成后，经过MATLAB仿真验证均达到设计要求，从仿真情况看，脉冲波的频谱纯度和稳定度比较高。

5结论

本文介绍了DDS芯片AD9852的原理和特点，设计了单片机控制的DDS芯片产生脉冲信号的脉冲引信发射机，并进行了仿真。利用这一电路，通过键盘输入不同的频率控制字就可以改变输出信号的频率(10HZ~120MHZ)。该脉冲发生器具有频率分辨率高，频率切换速度快，体积小，质量轻等多个优点，提升了脉冲无线电引信的作战性能。

[参考文献]

[1]崔占忠,宋世和.近炸引信原理.北京：北京理工大学出版社，1997.

[2]汤辉,王小远,吴莹.基于软件无线电技术的数字化引信研究.制导与引信,2006.01.

[3]毕红军.基于DDS技术的任意波形发生器的研究[D].西安：西安电子科技大学，2003：18-22．

[4]李青．线性调频源及脉冲压缩技术的研究[D]．西安：西安电子科技大学，2008

[5]J.Tinemay,C.M.Rader and B.Gold.A Digital Frequency synthesizer.IEEE Tranctions on Audio and eletroacoustics ,1971:48～57