CPLD+DDS在调频连续波雷达中的应用

　　1 DDS 基本原理与结构

　　DDS 基本结构框图如图1 所示, DDS 由相位累加器、正弦查询表、数/模转换器(DAC) 和低通滤波器(LPF) 组成, 图中的参考时钟是一个稳定的晶体振荡器, 用它来同步整个合成器的各个组成部分。相位累加器类似于一个简单的计数器, 在每个时钟脉冲输入时, 它的输出就增加一个补偿的相位增量值。相位累加器把频率控制字 FSW 的数据变成相位抽样来确定输出频率的大小。相位增量的大小随外部指令FSW 的不同而不同, 一旦给定了相位增量, 输出频率也就确定了。图中的正弦查询表是一个可编程只读存储器(PROM), 存有一个或多个完整周期的正弦数据。在时钟fc驱动下, 地址计数器逐步经过PROM的地址, 地址中相应的数字信号输出到N 位数/模转换器的输入端, 由DAC 转换成模拟信号。当用这样的数据寻址时,正弦查询表就把存储在相位累加器中的抽样值转换成正弦波幅度的数字量函数。数/模转换器把数字量变成模拟量, 低通滤波器进一步平滑并滤掉带外杂散信号, 得到所需的正弦波波形。DDS 的输出频率fo和参考时钟fc、相位累加器长度N 以及频率控制字FSW 的关系为:f_o=f_c·FSW/2^N, DDS 的频率分辨率为Δf_o=f_c/2^N, 由于DDS 的输出最大频率受奈奎斯特(Nyquist) 抽样定理限制, 所以f_max= f_c/2.

　　2 LFM- CW 雷达测距原理

　　在调频连续波雷达中, 测距的时间标志是发射频率的变化。回波信号的延迟时间, 是与发射信号与回波信号之间的频率差成正比的。因此, 它可以精确地测定目标的距离。发射频率随着时间的变化规律, 可以按照一个已知的函数形式变化。例如发射频率随时间的增加而线性地增加, 就是一种线性变化的形式,这是一种最简单的函数关系, 如图2 所示。

　　图中所表示的调制关系, 称为线性调制。假设在距离为R 的地方有一个固定目标, 则回波信号的时延是, tr=2R/C。上式中tr为回波信号的时延, R 是目标的距离c是光速c 回波信号如图1 中的虚线所示。当把从固定目标来的回波信号和从发射机来的参考信号 (或称为基准信号)加在一个非线性电路(例如混频器或检波器等)中去以后, 输出差额信号 fb。很明显这个差额信号不是多普勒频移, 只是由目标的距离而引起的差频信号,所以取fo=fr, (fr是由目标的距离而引起的差额信号)。

　　如果发射频率用fo表示, 发射频率在单位时间内的变化用τ表示(称为载频频率的变化率), 则差频信号fr可用下式表示: f_r=τtr=τ(2R/c)。上式中, 载频频率的变化率是已知的( 在DDS 中通过编程设定), 因此只要用接收机测量出差频信号f_r, 便可唯一地确定目标的距离。