1 引言

在航天測控領域中，測控系統(tǒng)的動態(tài)捕獲、跟蹤性能和測量是非常重要的因素，如何有效地對地面測控設備進行檢測，保證其能夠保持較好的性能，是非常重要的，直接數(shù)字頻率合成技術（Direct Digital Synthesis），他將先進的數(shù)字處理方法引入到信號合成領域，采用數(shù)字采樣技術進行信號合成，與傳統(tǒng)的頻率合成技術相比，DDS芯片具有頻率分辨率高、頻譜純凈，頻率速率高，輸出的變頻信號相位連續(xù)，相位噪聲低，全數(shù)字接口，易于編程控制，體積小、價格低，有助于提高系統(tǒng)的整體性價比等優(yōu)點，于是提出基于DDS的動態(tài)多普勒模擬器的設計方案，保證動態(tài)多普勒模擬器輸出準確的點頻和穩(wěn)定的掃描頻率。

2 直接數(shù)字頻率合成技術

直接數(shù)字式頻率合成器（DDS）是一種新型的頻率合成方法，與直接頻率合成（DS）和鎖相式頻率合成（PLL）在原理上完全不同。DDS的基本原理是建立在不同的相位給出不同的電壓幅度基礎上的，即對應輸出信號的一個周期（相應的相位為2π），給出按照一定電壓幅度變化規(guī)律組成的輸出波形。由于他不但給出了不同的頻率和不同的相位，而且可以給出不同的波形，因此這種方法又稱波形合成法。

基本的波形合成是一個斜升波的合成，其方案如所示，波形合成的過程如下：由一個標準頻率時鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生時鐘脈沖，送到計數(shù)器進行計數(shù)。計數(shù)器根據(jù)計數(shù)脈沖的多少給出不同的數(shù)碼，數(shù)/模轉換器根據(jù)計數(shù)器輸出的數(shù)碼轉換成相應的電壓幅度。當計數(shù)器連續(xù)計數(shù)時，數(shù)/模轉換器就產(chǎn)生一個上升的階梯波，階梯波的上升包絡即為一個斜升波。當計數(shù)器計滿時，計數(shù)器復零又重新開始計數(shù)，階梯波又從零開始，如此反復循環(huán)，階梯波經(jīng)平滑濾波器檢出其包絡，便成為斜升波。

改變頻率的方法是用一個累加器代替計數(shù)器，就象數(shù)字環(huán)中用可變分頻器代替固定分頻比的計數(shù)器一樣。累加器的原理如所示，他是由加法器和寄存器組成的，按照頻率控制數(shù)據(jù)的不同給出不同的編碼。

DDS進行頻率合成的過程歸納如下：

（1）給出輸出頻率范圍，即：

f₀＝f_min－f_max＝（k_min/2ⁿ）f_c－k_max/2ⁿ）f_c

（2）確定輸入時鐘頻率f_c＝4f_0max，即時鐘周期為T_c＝1/f_c＝1/4f_0max，因為k_max＝2^n-2。

（3）確定累加器位數(shù)n，n越大，輸出信噪比越高。

（4）確定幅度等分的間隔B＝2ⁿ，一般m＜n，若令2ⁿ＝A，則B＜A。

3 動態(tài)多普勒模擬器的設計

3.1 動態(tài)多普勒模擬器的原理

動態(tài)多普勒模擬器的原理框圖如所示。

其參數(shù)指標為：

輸入：5MHz；輸出：70MHz×f_d＋f_d；f_d范圍：－155～155kHz，步長5kHz；掃頻速率：1～31kHz可變。

3.2 數(shù)控振蕩器的設計

數(shù)控振蕩器在程序的控制下，由8031單片機接收人工或監(jiān)控分機攝制的分段碼，按照一定的程序模型運算后，控制直接數(shù)字頻率合成器（DDS）輸出相應的點頻或掃頻信號。點頻工作時模擬器按照控制碼輸出設置的點頻多普勒（包括零多普勒頻率），輸出具有不同速率的掃頻信號，該掃頻信號為三角波或鋸齒波。

3.3 基于DDS的輸出軟件設計分析

K碼的計算：

f₀＝5MHz，f_c＝30MHz

由f₀＝K×f_c/2^N，得：

K＝2^N×f₀/f_c＝2AAAAAAAH。

點頻時：

f_c＝30MHz，Δf₁＝2.5kHz，Δf_max＝155kHz

則：ΔK₁＝57619H，ΔK_max＝AEC33EH，

K_max＝K₀＋ΔK_max＝2B596DE8H。

K_min＝K₀－ΔK_max＝29FBE76CH。

掃頻時：
Δf₀/T＝0.5kHz/s，

f₀＝K×f_c/2^N，得ΔK/T＝OEH，K為相應的BCD碼。

3.4 基于DDS的動態(tài)模擬器軟件

基于DDS的動態(tài)模擬器軟件流程圖如所示。

4 工程應用

對動態(tài)多普勒模擬器產(chǎn)生的信號進行測試，其產(chǎn)生的點頻準確度高，掃頻穩(wěn)定度較好，三角波和鋸齒波準確。該信號發(fā)生器已經(jīng)成功運用在測控雷達檢測系統(tǒng)中，使用效果良好。由于受該系統(tǒng)的實際需求所限，還沒有完全發(fā)揮DDS技術的全部優(yōu)勢。DDS還可以應用于跳頻通信、數(shù)字調(diào)制等其他領域。尤其是那些要求頻率高、轉換時間短的應用場合，采用DDS技術相對其他頻率合成技術來說具有無法比擬的優(yōu)勢。由于DDS自身的優(yōu)點，在性能要求較高的頻率合成領域將會得到極為廣泛的應用。