📄 21ic 基于dds技术的自适应米波雷达自动频率控制系统.htm
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<TD align=middle height=31><FONT size=4><B>基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统
</B></FONT></TD></TR>
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<TD align=middle height=15>文章作者：武汉华中科技大学电子与信息工程系 石 雄 <BR>文章类型：设计应用
文章加入时间：2004年5月12日0:47</TD></TR>
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<TD align=right><FONT color=#cc0000>文章出处：电子技术应用</FONT> </TD></TR>
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<P class=MsoNormal><SPAN
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<B>摘要：</B></SPAN>介绍了基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统?熏该系统以直接数字频率合成技术（DDS）为基础，以单片机为控制核心，采用高速高精度脉内测频技术精确测量米波脉冲雷达的发射频率，并根据测量结果由单片机控制本机振荡器，改变其输出的本振频率，保证中频频率稳定，确保雷达接收机的技术、战术性能得到充分的发挥。</P>
<P class=MsoNormal><SPAN
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">
<B>关键词：</B></SPAN>本机振荡器 直接数字频率合成 自动频率控制 脉内测频</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">雷达系统根据其工作频率一般分为米波雷达、分米波雷达和厘米波雷达，其接收机通常是超外差形式的。分米波雷达和厘米波雷达由于其工作频率较高，一般都有自动频率控制（ＡＦＣ）系统，控制本振频率自动跟踪发射频率的变化，或者控制发射频率自动稳定在本振频率对应的频率点上，保证雷达接收机的中频频率稳定。但是传统的模拟式单环路或双环路ＡＦＣ系统由于受模拟电路本身的局限，使得ＡＦＣ的跟踪速度慢、跟踪频率范围窄、精度低，甚至有可能出现错误跟踪的情况；此外，控制本振的自频控雷达由于在本机振荡器上加装了频率调整装置，影响了本振的频率稳定度，这对动目标雷达而言是难以接受的。米波雷达由于其工作频率较低，基本上没有自动频率控制系统，但是米波雷达的发射机工作频率和接收机本机振荡频率由于环境温度、电源电压和负载变化而发生一定的变化，其变化范围从几十千赫兹到数百千赫兹，通常在５００～６００ｋＨｚ之间。虽然由此造成的中频频率变化量的绝对值不会超出中频放大器的通频带范围（中频放大器的通频带通常≤１ＭＨｚ），但是数百千赫兹的变化量使回波信号不能得到最有效的放大，造成雷达接收机技术、战术性能降低，此时即使加装ＤＳＵ（Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｓｔａｂｌｅ Ｕｎｉｔ）设备，也由于中频频率漂移的影响，使ＤＳＵ的性能无法得到最有效的发挥。<BR><IMG height=266
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vspace=10 border=0><BR><FONT size=3> </FONT><SPAN
class=main1>应用锁相环频率合成技术实现雷达自动频率控制系统已经是比较成熟的技术方案，这种方案的应用解决了非相参雷达的自动频率跟踪与本振频率稳定度之间的矛盾，但是锁相环固有的大惯性、大步进间隔和非线性误差却严重地限制着锁相环自动频率控制系统的性能，使其无法满足高速、高频率分辨率、大带宽的要求。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">ＤＤＳ技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并能直接与单片机接口构成智能化的频率源。基于ＤＤＳ技术的自适应米波雷达自动频率控制系统是新一代的自动频率控制（ＡＦＣ）系统，它以直接数字频率合成技术（ＤＤＳ）为基础，以单片机为控制核心，通过高速高精度脉内频率测量模块对雷达发射频率进行精确测量，然后由单片机控制ＤＤＳ，对发射频率进行搜索和跟踪。因此它是一种易于实现的数字式智能化自适应频率控制系统。<B><BR><BR><A
href="http://www.21ic.com/info/images/aet/200402/11b.gif">图2
DDS频率合成模块结构图</A><BR><BR>１ 系统组成及工作原理</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">基于ＤＤＳ技术的自适应米波雷达自动频率控制系统主要由高速脉内频率测量模块、ＤＤＳ频率合成模块、单片机和包括频率显示、控制键盘的人机接口模块组成，如图１所示。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">系统采用高速高精度实时脉内频率测量技术，利用频率稳定度高达１０－９的高稳恒温时标对频率进行倒计数法测量，由单片机对测量结果进行分析处理，并控制ＤＤＳ频率合成模块，完成对发射频率的搜索和跟踪。系统中除了ＤＤＳ输出后的滤波、放大电路采用模拟电路外，其它全部采用高速数字电路，并结合了单片机具有的可编程能力，使系统避免了传统模拟式ＡＦＣ的缺陷，能够实现更加灵活的控制。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">雷达开机后，系统首先工作于搜索模式：单片机控制ＤＤＳ频率合成模块输出本振频率的最低值，与从发射机耦合过来并经过衰减后的发射脉冲频率混频，<IMG
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border=0>取出下变频后的中频信号，经过频率测量模块测量后将结果送入单片机，单片机若判断频率测量结果不是规定的中频频率值，则控制ＤＤＳ频率合成模块将输出的本振频率按规定的步长（通常是频率测量系统的频率分辨率）调高，重复此过程，直到频率测量系统测量得到的频率值为规定的中频频率值为止。若搜索过程中本振频率达到上限时仍未搜索到规定的中频频率值，则返回到本振频率最低值，重新开始新一轮的搜索。系统一旦搜索到规定的中频频率值就进入跟踪状态。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">在跟踪状态，频率测量模块对每一个发射脉冲频率与本振频率下变频得到的中频脉冲频率进行实时精确测量，在发射脉冲结束时将测量结果送入单片机。单片机立即根据测量结果计算出响应的本振频率调整量，并控制ＤＤＳ频率合成模块调整输出频率，保证在目标回波信号到达接收机时，本振信号已经调整到与该发射脉冲频率对应的频率点上，使目标回波信号下变频后的频率值为准确的中频频率值，从而保证目标回波信号能够得到最有效的放大。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">跟踪模式实质上是一个自适应的控制过程：某一发射脉冲的频率比前一发射脉冲的频率升高（降低）→在本振频率不变的条件下，中频频率升高（降低）→频率测量模块的测量结果升高（降低）→单片机得到测量结果后控制ＤＤＳ频率合成模块，使之输出的本振频率相应升高（降低）→中频频率降低（升高）到规定值。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>２ 硬件结构</B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">２．１ ＤＤＳ频率合成模块</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">ＤＤＳ频率合成模块以ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４为核心，包括滤波电路、放大电路和与单片机的接口电路，图２是其组成框图。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">ＡＤ公司推出的ＡＤ９８５４是ＤＤＳ芯片中的典型代表之一，它具有３００ＭＨｚ的内部时钟，４～２０倍的内部可编程倍频器使外部输入的时钟信号频率可以从１５ＭＨｚ到７５ＭＨｚ，另外具有１００ＭＨｚ的并行接口总线，内置正交双通道ＤＡＣ输出，具有多种编程工作方式，能产生线性调频信号和非线性调频信号等复杂信号。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">ＡＤ９８５４采用ＣＭＯＳ结构，工作电压为３．３Ｖ，而单片机ＡＴ８９Ｃ５１工作在５Ｖ电压下，其总线电平是５Ｖ的ＴＴＬ电平，为保证ＡＤ９８５４的正常工作，必须经电平转换后再与ＡＤ９８５４接口，ＡＤ９８５４的时钟信号也必须经过电平转换后送到ＡＤ９８５４的时钟引脚。ＡＤ９８５４有正交双通道ＤＡＣ输出，每一个通道都是反相的互补输出，经ＭＡＸ４３６放大后滤波，然后再经ＭＡＸ４３６放大到雷达要求的本振电平。<IMG
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border=0>两路输出中的一路用于和发射脉冲混频，将下变频后的中频信号送到频率测量模块进行频率测量，系统已经知道ＤＤＳ频率合成模块输出的本振频率，测量出发射脉冲的中频频率就能计算出发射频率；另一路作为接收机的本振信号。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">根据奈奎斯特采样定律，当ＤＤＳ系统的时钟为３００ＭＨｚ时，其输出频率的上限是１５０ＭＨｚ，在工程应用中通常只使用到时钟频率的４０％，即１２０ＭＨｚ。某型米波雷达的本振频率上限略高于１２０ＭＨｚ，经查阅ＡＤ９８５４的数据手册，其输出频率能够达到理论的１５０ＭＨｚ；同时经实验证实，ＡＤ９８５４能够在雷达本振频率上限值处稳定工作，且输出信号质量完全可以满足雷达系统对本振的要求。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">２．２ 高速高精度脉内频率测量模块</P>
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