常用的雷达信号：基于DDS的线性调频信号的产生

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常用的雷达信号：基于DDS的线性调频信号的产生
大侠好，今天由“82年的程序媛”本媛给大侠带来FPGA设计之基于DDS的线性调频信号的产生，后续本媛还会继续更新产品项目开发心得，学习心得等，欢迎大家持续关注，话不多说，上货。


       一、 DDS工作原理

DDS（Direct Digital Synthesizer）技术是一种频率合成方法，其输出频率具有分辨率高、功耗低、频率切换速度快且频率切换时输出信号的相位连续等特点。为此在数字信号处理及硬件实现中有着很重要的作用。
DDS的结构主要由相位累加器、波形存储器、数模转换器和低通滤波器等四个大的结构组成，其结构框图如下：

其中，fclk为参考时钟，Pword为相位控制字，给定输出信号的初始相位值；Fword为频率控制字，用于控制输出信号的频率。

DDS模块工作时，每来一个参考时钟，相位累加器就将频率控制字与寄存器输出的值累加，将相加后的值继续输入到寄存器中，这样构成一个循环，可以不停的对频率控制字进行累加。累加的值作为地址在波形存储器中通过查找地址所对应的幅值表，就可以完成其从相位到幅值之间的转化。

在DDS模块中，输出频率的公式为：Fout = fclk/2*Fword

从公式可以看出，DDS输出的频率由频率控制字Fword决定。当频率控制字变化时，输出频率也跟着变化，从而可以实现调频信号的产生。
二、 线性调频信号
线性调频信号是一种频率连续线性变化的信号，是一种常用的雷达信号。在雷达系统中常用做发射信号，由于其带宽较高且包络为矩形，故在接收机端可以实现脉冲压缩得到较高的距离分辨力。
线性调频信号表达式为：S(t)=Acos(2πf0 + πut^2) (0≤t≤τ)；
相位对 t 求导得到频率： f=f0+ut；
其中：f0为起始频率，u为调频斜率，τ为脉冲宽度，B=uτ为信号的带宽。
由公式可以看出，S(t)的频率随时间变化线性变化，初始值为f0，斜率为u。


三、 基于DDS的线性调频信号产生
由DDS原理可知通过控制输入的频率控制字即可控制输出的信号频率，我们可以通过控制频率控制字使DDS输出信号的频率线性变化，由此产生线性调频信号。
由于在MATLAB中仿真能更清楚的了解信号的频谱，故本实验采用在system generator中搭建模型的方式，仿真正确后生成IP核的加入到工程中。
首先，我们需要确定线性调频信号的相关参数，即模型的输入包括采样率fs、信号的带宽B、斜率选择ratio以及初始相位frq_first等。
整体模型框图如下图所示：

首先根据带宽及采样率通过fword_gen模块产生线性的DDS的频率控制字，并且给出初始相位和斜率选择；将计算得到的频率控制字输出给DDS，产生频率在Band带宽内线性变化的余弦信号；最后通过幅度调制模块对输出信号的振幅进行调整，得到一个chirp信号。

DDS模块调用xilinx的IP核DDS compiler6.0，可以双击IP核进行配置其系统时钟、相位位宽、输出信号位宽等。

其中poff为相位控制字，pinc为频率控制字。需要注意的是，在搭建模型调用IP核时，输入的相位控制字和频率控制字均需要为小数，可以通过调用reinterpret模块，将fword_gen模块生成的频率控制字转换成小数后输入给DDS IP核。


最后通过在matlab环境下仿真得到的chirp信号如下图所示：
分别为信号实部、虚部以及初始相位375M、带宽为500M的信号频谱图。

雷达信号处理

博大精深。