基于Matlab的DDS線性調(diào)頻信號的仿真應(yīng)用

直接數(shù)字頻率合成(DDS)是近年來得到迅速發(fā)展的一種新的頻率合成方法,具有頻率切換速度快,很容易提高頻率分辨率、對硬件要求低等優(yōu)點(diǎn)?删幊倘珨(shù)字化便于單片集成、有利于降低成本。提高可靠性并便于生產(chǎn)等有點(diǎn)。DDS技術(shù)從相位的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成,存儲(chǔ)了數(shù)字采樣波形表,可以產(chǎn)生點(diǎn)頻、線性調(diào)頻、ASK、FSK等各種形式的信號。線性調(diào)頻信號可以獲得較大的壓縮比,有著良好的距離分辨率和徑向速度分辨率,作為一種常用的脈沖壓縮信號,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高分辨率雷達(dá)領(lǐng)域。

Matlab是美國MathWorks公司自20世紀(jì)80年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件,優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算與卓越的數(shù)據(jù)可視化能力使其很快在同類軟件中脫穎而出。Matlab已經(jīng)發(fā)展成為多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。本文用Matlab軟件建立DDS系統(tǒng)中線性調(diào)頻信號的仿真模型,對于理解線性調(diào)頻信號和在FPGA中來實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號有借鑒意義。

DDS線性調(diào)頻信號發(fā)生器框圖設(shè)計(jì)

圖 1 DDS技術(shù)的基本原理

1 DDS技術(shù)的基本原理

基本模型如圖1所示,主要由時(shí)鐘頻率源fclk、相位累加器、波形存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A)、以及低通濾波器(LPF)組成。輸出信號波形的頻率表達(dá)式為:

(1)式中,fclk為參考時(shí)鐘頻率,ΔΦ為相位增量,N為相位累加器的位數(shù)。只要N足夠大,DDS可以得到很小的頻率間隔。要改變DDS的輸出信號的頻率,只要改變ΔΦ即可。當(dāng)參考時(shí)鐘頻率給定后,輸出信號的頻率取決于頻率的控制字,頻率分辨率取決于累加器的位數(shù),相位分辨率取決于ROM的地址位數(shù),幅度量化取決于ROM的數(shù)據(jù)字長和D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。

2 線性調(diào)頻信號的實(shí)現(xiàn)框圖

圖2 軟件編程實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號的原理圖

脈沖壓縮雷達(dá)最常見的調(diào)制信號是線性調(diào)頻信號,接收時(shí)采用匹配濾波器(Matched Filter)壓縮脈沖。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

式中fe為載波頻率,K=B/T是調(diào)頻斜率,于是,信號的瞬時(shí)頻率為。

其對應(yīng)的量化公式如下(此式是以圖2實(shí)現(xiàn)的原理公式):

  (3)

式中N為相位累加器的位數(shù),Kc為頻率控制字,K為上式中的調(diào)頻斜率。

圖1所示的DDS原理框圖是用于實(shí)現(xiàn)固定頻率的正弦波信號,按照公式(3)的思路實(shí)時(shí)改變ΔΦ,即可產(chǎn)生線性調(diào)頻信號。

經(jīng)過頻率累加器輸出的是嚴(yán)格線性增長的瞬時(shí)頻率。在實(shí)際過程中,相位累加器的輸出是經(jīng)過相位截?cái)嘣龠M(jìn)行尋址,從而引入了一定的相位誤差,雖然這一誤差會(huì)影響到線性調(diào)頻信號的線性度,但是調(diào)頻斜率為相位的二次導(dǎo)數(shù),相位截?cái)嗾`差本身已很小,所以對調(diào)頻線性度的影響就更小了。在本文的Matlab實(shí)現(xiàn)中暫時(shí)不考慮截?cái)鄦栴},忽略不計(jì)。

 

   來源:維庫開發(fā)網(wǎng)
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