基于FPGA的DDS雷达信号设计与实现

陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部　武军锋　梁　猛　王圣超　张龙敏

基于FPGA的DDS雷达信号设计与实现

陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部武军锋梁猛王圣超张龙敏

DDS是把一系列数字量形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换器产生已经用数字形式存入的正弦波（或其他任意波形）。本文重点介绍了DDS技术在FPGA中的实现，给出了Cyclone系列的EP1C6Q240I7N芯片进行直接数字频率合成的方法。

直接；数字频率合成（DDS）

1.概述

在雷达系统的诸多参数中，雷达信号形式的设计决定了雷达系统对目标参数的检测，估计精度、目标识别能力和抗干扰性能等，是雷达总体设计中的一项重要内容。尤其在目前复杂的电子对抗战中，要求雷达信号具有宽频带、高稳定、快速跳变和输出任意波形的能力，所以好的信号产生单元在雷达系统中起到越来越重要的作用。

频率合成技术在目标识别雷达、航空航天、通信、仪器仪表等领域应用非常广泛，目前，常用的频率合成技术有三种：即直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成（DDS）。其中DDS是一种新的频率合成方法，是电子元器件技术发展带来的必然产物。全数字化的DDS技术由于具有频率切换速度快、频率分辨率高、频率稳定度高和相位噪声低等优点而越来越受电子工程师的喜爱。DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波（或其它任意波形）。本文主要讨论作者在完成雷达信号产生板的设计过程中如何利用FPGA来实现一个DDS系统。文章介绍了利用FPGA产生数字控制信号，用于控制AD9854芯片产生模拟信号的过程，并给出电路结构及实际输出波形等。

2.基于FPGA实现DDS技术

本文描述的主要使用FPGA、AD9854和AD9750来实现2种线性调频波形，其余信号为测试波形。利用FPGA来产生AD9854和AD9750所需要的控制信号，在FPGA内用Verilog语言和数字门电路编写控制程序，通过FPGA接收外部的波形转换信号来选择需要的波形，以及每个波形下所需的增益控制信号。

2.1总体方案

该设计主要产生的是周期信号，并遵从严格的时序关系，根据FPGA的技术性能，只要设计好其内部的控制信号，单靠它来控制就能够完全满足项目需求。本方案采用DDS+FPGA+D/A来实现，DDS采用AD9854芯片，FPGA采用Cyclone系列的EP1C6Q240I7N芯片，D/A采用AD9750芯片。利用设备系统时钟来给FPGA提供时钟信号，考虑到单板调试的便利，在该设计中用晶振提供单板调试时所用时钟，以跳线形式来选择。在FPGA内部使用门电路与Verilog语言编写AD9854与AD9750以及其它需要的控制信号。其中 AD9854产生工作波形信号，AD9750产生增益控制信号。波形信号产生后经过放大电路放大到适当幅度，最终经过视频输出芯片ADG619来输出。该设计的技术方案可概括如图1所示。

图1　技术方案框图

2.2FPGA实现DDS

本文FPGA中采用Altera公司的QuartusⅡ软件进行设计，QuartusⅡ软件支持输入方式包括：原理图输入方式、文本输入方式、网表文件输入方式。而本文主要用原理图输入方式与文本输入方式相结合来完成设计。

由FPGA生成数字控制信号，控制AD9854输出相应频率的波形，过程分为以下几步:

（1）频率控制字PSW的确定。

（2）在系统时钟控制下，数字控制字发送控制至相位累加器，进而不间断生成实时数字相位值。

（3）根据相位寻址值查找正弦表，转换成对应的数字幅码。

3.基于FPGA的硬件实现

3.1硬件实现

整个硬件搭建主要为：DDS+FPGA+D/A。其中DDS采用AD9854芯片，FPGA采用Cyclone系列的EP1C6Q240I7N芯片，D/A采用AD9750芯片，加上一些外围滤波、控制电路，其硬件系统实物如图2所示。

3.2波形测试

硬件完成后，对其输出波形进行测试，设计要求为4段线性调

频信号组成的波形，为保证波形的完整性，未将每段波形展开，以波形1为例，如图3所示。

3.3波形带宽

设计要求波形为中心频率为20MHz±2MHz，对其输出波形频域进行观察，见图4所示。

图2　系统实物图

图3　工作波形1

图4　波形1带宽

3.4杂波抑制比测量

经过测试，波形1、2杂波抑制≥52dB，已满足设计要求。

4.结束语

本设计通过FPGA内部用硬件描述语言编写AD9854需要的频率控制信号，使AD9854按照设计要求产生所需的雷达信号波形，并制作硬件系统，通过测试其输出波形、带宽均在设计要求之内，达到了设计的目的，有良好的实用性。

［1］陈诚，秦立涛，苏艳群，阙大顺.基于FPGA的DDS信号源设计与实现［J］.电脑与信息技术，2010，第18卷第2期：10-13.

［2］薛文.DDS任意波形发生器的设计与实现［M］.北京：清华大学出版社，2007，3.

［3］张涛，陈亮.现代DDS的研究进展与概述［J］.电子产品世界，2008（2）：133-136.

武军锋（1980-），男，河南开封人，高级工程师，西安电子科技大学电子工程本科毕业，从事雷达系统调试工艺研究。

梁猛（1982-），男，安徽淮北人，高级工程师，电子科技大学电子工程本科毕业，从事雷达系统电磁兼容设计、雷达天线伺服系统设计。

王圣超（1989-），男，湖北仙桃人，工程师，电子科技大学电子工程本科毕业，从事雷达天线伺服系统设计。

张龙敏（1988-），女，陕西宝鸡人，西安电子科技大学通信工程本科生，从事雷达目标模拟设计。