专利名称：多波形雷达信号的�？榛椒�
技术领域：
本发明涉及雷达频率综合技术领域，应用在基于DDS (Direct Digital FrequencySynthesis，直接数字频率合成)技术的频率综合器设计中，该方法采用自主开 发的�？榛砑渲貌煌珼DS芯片，可快速实现点频、线性调频、非线性调频和相位编码等 多种雷达信号的产生。
背景技术：
随着20世纪30年代雷达的出现以及在军事领域的大规模应用，波形产生一直成 为雷达领域的重要研究内容。现代数字技术和大规模集成电路技术迅猛发展，波形合成已 经由传统的纯模拟方法发展到现在的直接数字合成，数字方法生成的波形具有严格的相干 性、可重复性、高稳定性和可编程的优点，能够方便地实现波形参数捷变以及产生任意复杂 波形。直接数字频率波形产生技术目前大多采用FPGA(Field Programmable Gate Array)控制DDS芯片的方法产生。FPGA的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数 据可以实现不同的电路功能；DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、 D/A转换器和低通滤波器构成，有如下优点频率分辨率高，输出频点多；频率切换速度快； 频率切换时相位连续；可以输出宽带正交信号；输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪 声有改善作用；可以产生任意波形；全数字化实现，便于集成，体积�。亓壳�。但是在目前的设计中，首先针对不同芯片的控制软件设计占用了开发人员很大精 力，而且针对同一芯片，不同开发人员采用各种开发方式，编制了各种不同程序，但实际工 作结果却相差无几，这无疑造成了重复开发和人力资源浪费，同时也使得研发周期的缩短 变得极为困难。其次各种波形信号的设计、产生需要不同FPGA程序的编写、调试和反复下 载、烧制，过程非常繁琐、费时。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述问题，采用�？榛砑杓疲醵炭⒅� 期，基于图形用户界面MATLAB⑶I (Graphical User Interfaces)技术开发可视化软件操 作界面，实现FPGA在线编程，数据实时更新。本发明解决问明的技术方案包括�？榛砑�、FPGA和DDS芯片三部分。各部分功 能详细介绍如下1、�？榛砑貌糠志哂腥嘶换ソ缑婧湍？榛谑毙蚰？椋瓿蒁DS芯片 控制参数及与波形数据相关的运算，存储、与FPGA的数据通信等功能，同时完成适用于AD 公司DDS系列芯片的�？榛谑毙蚩刂颇？樯杓�(1)、控制参数的产生完成DDS芯片控制参数的修改、运算和存储。其中包括DDS 系统时钟的设定，输出信号频率，幅度和相位参数的设定。O)、波形数据的产生对指定的波形形式、脉宽、带宽等参数的信号进行仿真，包括时域波形数据的运算、显示并保存数据。可生成线性调频，非线性调频和相位编码等信号 基带数据，如需要可添加任意波形。(3)、计算机与FPGA的数据通信通过计算机串口连接频率合成器硬件部分的接 口以实现基于RS-232接口的异步串行数据通信，接口简单，配置方便。目的是实现所需控 制参数、波形数据由计算机到波形产生硬件存储器的下载、校验。(4)、�？榛谑毙蚰？橥ü约荷杓坪玫哪？榛谑毙蚰？榭梢苑奖�、简 单、快捷的完成AD公司DDS系列芯片的串口控制时序设计。该该�？樯杓仆瓿珊蠊袒� FPGA中，通过3中的计算机通信功能完成数据获取和更新。2、FPGA，该部分完成与计算机数据通信、DDS芯片控制参数及波形数据的存储、DDS 芯片控制等功能，设置RAM、UART收发器和DDS控制模块(1)、计算机数据通信通过UAR收发器完成FPGA与计算机之间的数据通信，包括 数据的双向传输及数据校验。(2)、数据存储将UART收发器接收的DDS芯片控制参数、波形采样数据存储到 RAM中，供控制时序调用。(3)、DDS芯片控制有序调用DDS芯片控制参数、波形采样数据，完成DDS芯片的 初始化配置、工作模式和输出信号切换等功能。3、DDS芯片在FPGA的有效控制下，输出参数设定的各种信号。当前采用较多的 有 AD 公司的 AD9858、AD9910、AD9957 等芯片。本发明与现有技术相比较具有益效果(1)�？榛砑杓�。本设计中实现对AD公司DDS系列芯片串口控制程序的模 块化设计，为今后这类器件的应用打下了良好的基�。梢源蟠筇岣呖⑺俣龋醵炭⒅� 期。使软件系统具有良好的通用性、兼容性和可扩充性。(2)可视化软件操作界面的应用，可简单、方便、快捷的实现不同参数多波形雷达 信号波形产生。(3)在线编程，DDS芯片控制参数、波形数据实时更新。通过在软件界面中输入DDS 芯片控制参数、波形参数、采样率等数据，通过软件算法，产生数据并将据送入FPGA内置的 RAM中，在FPGA控制时序的控制下，将采样数据送入DDS芯片中。，实现了在线编程、数据实 时更新，在频率合成器的调试测验阶段是非常方便和灵活的。
图1多波形雷达信号�？樽芴褰峁�2本发明对AD9957开发�？榛砑缑媸疽�3本发明设计的串口时序产生电路(STGMaster�？�)示意4本发明的串口时序产生电路STGMaster�？榉抡娌ㄐ�5通用串口控制程序的32位寄存器串口时序波形6STGMaster配置32位寄存器仿真波形7AD9957工作在单频输出模式下，185MHz点频频谱测试8185MHz点频信号相噪曲线图9AD9957工作在正交调制模式下，带宽5MHz非线型调频频谱图
图10非线性调频信号时间-频率曲线图IlSPAN为IOOkHz 二相编码频域波形12线性调频信号时间-频率曲线
具体实施方式
下面以模块化软件在AD9957中的应用为例，介绍该多波形雷达信号�？榛� 方法的具体实施方式
。本发明的多波形雷达信号�？樽芴褰峁谷缤�1所示，由�？榛砑PGA和DDS芯 片构成，各部分功能简介如下1、�？榛砑ㄈ嘶换ソ缑妗⒛？榛谑毙蛄讲糠�。1. 1人机交互界面图2所示为本发明编写的为�？榛砑贏D9957中应用，基于MATLAB GUI技术 开发的软件操作界面。该软件界面分为串口控制、并口控制和串并口数据控制三部分，各部 分功能如下1. 1. 1串口控制该部分完成DDS芯片控制参数的修改和运算，即系统时钟设定， AD9957工作模式选择，8个寄存器中输出信号频率、相位、幅度及CIC插值速率等参数的设定。1. 1.2并口控制该部分完成波形数据的产生，即输出波形选择(线性调频、非线 性调频和相位编码等波形)；基带信号时宽、带宽、采样率和中心频率(AD9957中DDS内核 输出频率)的设定；基带信号时域波形、频率/时间关系显示。1. 1. 3串/并口数据存储和下载分别完成串口数据(控制参数)，并口数据(波 形采样数据)的存储、及计算机与FPGA间的通信功能(由计算机下载到FPGA的RAM)。
1.2�？榛谑毙蚰？榇谑毙虿捎帽痉⒚鞅嘈吹� STGMaster (Serial Timing Generate Master，串口 时序生成控制)模块实现。1. 2. IAD 系列 DDS 芯片AD公司的一系列DDS芯片的工作状态的控制，是通过串口向其各自的控制寄存器 写入控制字来进行的。归纳、分析这些不同DDS芯片各个寄存器的地址位数关系，找到它们 的最大共同点。表1所示为三种AD系列DDS芯片的寄存器地址和寄存器位数的列表。表1 9858/9910/9957 寄存器列表
985899109957CFR地址CFR位数CFR地址CFR位数CFR地址CFR位数0x0032OxOO320x0032OxOl320x01320x01320x02320x02320x0232
权利要求
1.多波形雷达信号的�？榛椒ǎ赡？榛砑�、FPGA和DDS芯片三部分组成，其 特征在于(1)�？榛砑哂腥嘶换ソ缑婧湍？榛谑毙蚰？椋嘶换ソ缑娼蠨DS芯 片控制参数及与波形数据相关的运算、存储，与FPGA进行数据通信，模块化串口时序�？� 固化在FPGA中，产生适用于DDS系列芯片的�？榛诳刂剖毙蛏杓疲ü扑慊耐ㄐ� 完成数据获取和更新；(2)FPGA，设置RAM、UART收发器和DDS控制模块，通过UART收发器完成计算机与FPGA 之间的双向通信及数据校验，将UART收发器接收的DDS芯片控制参数、波形采样数据存储 到RAM中，为波形发生器提供需要的波形数据与控制参数，供控制时序调用，DDS控制�？� 有序调用DDS芯片控制参数、波形采样数据，完成DDS芯片的初始化配置、工作模式和输出 信号切换；(3)DDS芯片在FPGA的有效控制下输出参数设定的各种信号。
2.根据权利要求1所述的多波形雷达信号的�？榛椒ǎ涮卣髟谟谒瞿？� 化软件的人机交互界面基于图形用户界面MATLAB GUI开发的软件操作界面，该人机交互界 面分为串口控制、并口控制和串并口数据控制三部分2. 1串口控制部分完成DDS芯片控制参数的修改和运算，即系统时钟设定，DDS芯片工 作模式选择，DDS芯片8个寄存器的输出信号频率、相位、幅度及CIC插值速率参数的设定；2.2并口控制部分完成波形数据的产生，对指定的波形形式、脉宽、带宽、采样率和中心 频率进行仿真，包括时域波形数据的运算、显示并保存数据，输出点频、线性调频，非线性调 频和相位编码多种雷达波形基带信号；2.3串/并口数据存储和下载分别完成串口数据，并口数据的存储及计算机与FPGA间 的通信。
3.根据权利要求1所述的多波形雷达信号的�？榛椒ǎ涮卣髟谟� 所述�？榛谑毙蚰？榈纳杓聘莶煌珼DS芯片各个寄存器的地址长度、寄存器位数都为8的整数倍关系，以8位为单位的串口数据发送�？椋由掀渌芙诺呐浜希� 生芯片串口时序生成部分的模块，所述�？榛谑毙蚰？樯柚每障泻头⑺褪萘礁龉� 作状态，工作状态是由rd、wr两个控制端口控制，并配置其余端口 复位信号RST引脚，工 作时钟信号CLK引脚，数据输入端口 datain[7. . 0]，判断控制芯片的片选信号是否被选中 Spies引脚，DDS芯片串口时钟信号Spiclk,串口数据输出Spido引脚，数据传输起始标志 位spibegin引脚和数据传输结束标志位spicom引脚。
4.根据权利要求3所述的多波形雷达信号的�？榛椒ǎ涮卣髟谟� �？榛谑毙蚰？楣ぷ饕淮嗡统�8位串口数据，�？榛谑毙蚰？橛隓DS芯片的通信是通过数据传输来完成的，�？椴捎么型ㄐ判椋晃灰晃坏拇涫荩蓅piclk 提供时钟脉冲，spido则基于此脉冲完成数据传输。数据通过spido线输出，数据在时钟上 升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读�。瓿梢晃皇荽洌ü�8次时 钟线号的改变完成8位数据的传输。
5.根据权利要求1或3所述的多波形雷达信号的�？榛椒ǎ涮卣髟谟� 采用�？榛谑毙蚰？榕渲肁D9957的32位寄存器进行波形仿真，加上8位地址位，用40位数据对此寄存器进行操作，将其按从高到低的顺序划分为5段，模块化串口时序模块需调用五次完成，采用�？榛拇谑毙蚰？橐材芡瓿葾D9910的数字斜率调制工作模 式控制程序设计，与AD9957的控制程序相比只有调用次数和发送数据不同，实现了 AD公司 DDS系列芯片串口控制程序的�？榛杓�。
全文摘要
一种多波形雷达信号的�？榛椒ǎ赡？榛砑�、FPGA和DDS芯片组成。属于雷达频率综合技术领域，应用在基于DDS的频综设计。�？榛砑哂腥嘶换ソ缑婧湍？榛谑毙蚰？椋蠨DS芯片控制参数及与波形数据相关运算、存储，与FPGA数据通信，产生适用于DDS系列芯片的模块化串口控制时序，通过计算机通信完成数据获取和更新。FPGA设置RAM、UART收发器和DDS控制�？椋瓿捎爰扑慊萃ㄐ�、DDS芯片控制参数及波形数据的存储、DDS芯片控制功能。DDS芯片在FPGA控制下输出参数设定的各种信号。本发明开发的模块化软件配置不同DDS芯片，可快速实现点频、线性调频、非线性调频和相位编码多种雷达信号产生，软件支持在线编程，DDS芯片控制参数、波形数据实时更新。
文档编号G01S7/02GK102073032SQ20101053099
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者余铁军, 张春荣, 曹义, 李辉, 王栋 申请人:中国兵器工业第二○六研究所
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