基于A(yíng)D9854的雷達信號源設計與實(shí)現

摘要：使用AD9854芯片和FPGA，基于DDS理論設計并實(shí)現了多模式多波形雷達信號源。它可模擬LFM、NLFM、單頻、相位鳊碼等多種脈沖信號波形，能有效驗證脈沖壓縮與信號處理單元的工作性能。測試結果表明，該系統能滿(mǎn)足設計要求。
關(guān)鍵詞：直接數字合成；AD9854；FPGA；雷達信號

0 引言
雷達信號源的設計在雷達測試中有著(zhù)非常重要的作用。本文設計的雷達信號源要求實(shí)現三個(gè)功能：
(1)要求該系統能產(chǎn)生多種波形信號，包括：線(xiàn)性調頻信號，非線(xiàn)性調頻信號等。要求信號的指標都能夠達到要求。
(2)要求能模擬雷達回波，能夠對信號進(jìn)行延時(shí)，使信號能夠在距離波門(mén)內，來(lái)滿(mǎn)足信號處理機的要求；并且能夠在信號中加入多普勒頻移，使信號處理機可以測試測速模塊的性能。要求該信號源能有效地驗證脈沖壓縮與信號處理單元的工作性能，評估系統的分辨力。
(3)與外部通信。該信號源與整個(gè)雷達系統是相參的，使用同一個(gè)時(shí)鐘，保證該模塊與整個(gè)系統是同步工作的。該模塊受外部控制，主要是從RS 422接口接收由定時(shí)板發(fā)送過(guò)來(lái)的差分信號；當接收到觸發(fā)信號時(shí)，就開(kāi)始產(chǎn)生信號；當接收脈沖選擇信號的時(shí)候，進(jìn)行模式轉換，能產(chǎn)生8種模式的信號。
DDS在相對帶寬、頻率轉換時(shí)間、相位連續性、正交輸出、高分辨力以及集成化等方面都遠遠超過(guò)了傳統頻率合成技術(shù)所能達到的水平，為系統提供了優(yōu)于模擬信號源的性能。
FPGA具有集成度高、通用性好、設計靈活、編程方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此采用AD9854和FPGA來(lái)設計雷達信號源。

1 系統方案概述
根據雷達信號源系統設計的要求，總體框圖如圖1所示。

該系統主要由FPGA時(shí)序控制部分、AD9854頻率合成部分、波形存儲三部分組成。在此重點(diǎn)闡述FPGA設計和AD9854硬件設計兩部分。
系統的主體部分主要由高速數字邏輯時(shí)序控制模塊(FPGA)和DDS芯片AD9854構成，還包括放大模塊、濾波模塊、存儲模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊。該部分通過(guò)FPGA對整個(gè)電路的數字部分進(jìn)行時(shí)序控制，包括給AD9854發(fā)送數據、地址、時(shí)鐘以及控制信號。AD9854是DDS芯片，能產(chǎn)生所需要的信號。存儲部分采用了FLASH和SRAM；FLASH主要用來(lái)存儲波形文件，而SRAM主要是在開(kāi)機時(shí)暫存數據文件。
通過(guò)控制面板發(fā)送觸發(fā)信號和模式選擇信號對系統信號產(chǎn)生進(jìn)行控制。當FPGA接收到觸發(fā)信號時(shí)，FPGA才開(kāi)始工作，并且給AD9854發(fā)送數據以產(chǎn)生信號。模式選擇信號是3位的二進(jìn)制數，可以產(chǎn)生8種狀態(tài)?？刂泼姘搴虵PGA通過(guò)RS 422電平相連，通過(guò)差分數據線(xiàn)來(lái)傳輸數據。
PC機應用軟件完成所需各種軟件的波形數據的計算，包括起始頻率FTW，頻率分辨率DFW，時(shí)間分辨率RRC等數據，然后將所得的數據轉化成．dat格式。PC通過(guò)串口與系統主板進(jìn)行數據通信，通過(guò)MAX3232進(jìn)行電平轉化。數據最后存儲到主板的存儲器中(FLASH和SRAM)；當系統工作時(shí)，FPGA從FLASH中讀取波形文件來(lái)產(chǎn)生信號。

2 AD9854模塊
2．1 AD9854芯片介紹
數字頻率合成芯片AD9854是用于高端DDS技術(shù)的一款芯片，該芯片帶有兩個(gè)高速、高性能的正交D／A轉換器，可以同時(shí)輸出I／Q兩路正交信號。當參考時(shí)鐘源很精確時(shí)，AD9854能夠產(chǎn)生高穩定度的，頻率、相位、幅度均可編程的正弦和余弦曲線(xiàn)，被廣泛地應用于通信、雷達、儀器等應用領(lǐng)域。AD9854的高速DDS內核能夠提供48 B的相位累加器和頻率累加器(在300 MHz的系統時(shí)鐘下，可達1μHz的頻率分辨率)；其中17 B的相位-幅度映射位數能夠確保該芯片優(yōu)良的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)性能。
2．2 AD9854芯片工作模式
AD9854具有5種可編程操作模式，通過(guò)改變控制寄存器(并行尋址方式下的地址為1FH)的控制位即可以選擇相應的模式。根據本方案，主要對單頻(Single Tone)模式和調頻(Chirp)模式進(jìn)行探討。5種模式的選擇表如表1所示。