一種脈沖無線電引信發(fā)射機(jī)的仿真設(shè)計(jì)

【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)脈沖引信發(fā)射機(jī)多以模擬信號(hào)源產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)精度低，體積大，較難滿足引信作戰(zhàn)技術(shù)要求，結(jié)合微電子和數(shù)字集成電路在軍事領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，提出了基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的脈沖波發(fā)生器。該方法以單片機(jī)AT89C51控制產(chǎn)生波形頻率，以AD9852芯片合成脈沖波形，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化及濾波器處理，產(chǎn)生平滑清晰的脈沖波形。該脈沖發(fā)生器具有頻率分辨率高，頻率切換速度快等優(yōu)點(diǎn)，很好的適應(yīng)了現(xiàn)代化作戰(zhàn)對(duì)引信技術(shù)的要求。

【關(guān)鍵詞】脈沖無線電引信發(fā)射機(jī)；DDS；FSK

1.脈沖無線電引信發(fā)射機(jī)組成

在無線通信中，通信發(fā)射機(jī)的作用是產(chǎn)生一個(gè)功率足夠大的高頻振蕩送給發(fā)射天線，通過天線轉(zhuǎn)換成空間電磁波傳送到接收端。它由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制器、高頻振蕩器及電源組合組成。調(diào)制信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)自激間歇振蕩器，其間歇振蕩器的脈沖重復(fù)頻率為400Hz。由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)有一定重復(fù)周期、幅度為500～600V的正脈沖，加至調(diào)制管，使調(diào)制管開啟，輸出一個(gè)幅度達(dá)2000V的正脈沖，加至高頻振蕩器，以調(diào)制高頻振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖信號(hào)[1]。DDS即直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，可以產(chǎn)生高精度，高分辨率的脈沖信號(hào)，應(yīng)用于引信具有很大的優(yōu)勢(shì)。

2.DDS的基本原理與參數(shù)計(jì)算

一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ)ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器（LPF）構(gòu)成。

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS），是從相位概念出發(fā)，對(duì)需要合成信號(hào)的波形進(jìn)行相位分割，對(duì)分割后的相位值賦予相應(yīng)的地址，然后按時(shí)鐘頻率以一定的步長(zhǎng)抽取這些地址，利用信號(hào)相位與幅度的關(guān)系，按照一定的步長(zhǎng)抽取相位累加器地址的同時(shí)，輸出相應(yīng)的幅度樣值，這些幅度樣值的包絡(luò)就反映了需要合成信號(hào)的波形。這樣，當(dāng)波形ROM中存入不同波形幅度值時(shí)，DDS就可以產(chǎn)生任意波了。

相位累加器是DDS的核心部件，其內(nèi)部由級(jí)聯(lián)的加法器和相位寄存器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖的作用下，加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的數(shù)據(jù)相加，相加后的結(jié)果送到累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個(gè)時(shí)鐘作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在參考時(shí)鐘的作用下進(jìn)行線性相位累加，當(dāng)相位累加器累加滿量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一次溢出，完成一個(gè)周期性的動(dòng)作，這個(gè)周期就是DDS合成信號(hào)的一個(gè)頻率周期，累加器的溢出頻率就是輸出的信號(hào)頻率[2]。

3.產(chǎn)生脈沖波形

應(yīng)用DDS芯片采用FSK調(diào)制產(chǎn)生脈沖波。FSK是頻移鍵控調(diào)制的簡(jiǎn)寫，即用不同的頻率來表示不同的符號(hào)。例如2KHz表示符號(hào)0，3KHz表示符號(hào)1。采用不帶斜坡的FSK調(diào)制生成脈沖波，抗噪聲和抗衰減性能好，穩(wěn)定可靠。

用AD9852芯片產(chǎn)生脈沖波。AD9852可編程操作模式有五種。通過對(duì)控制寄存器中的三位數(shù)可選擇模式，表1列出了每種模式的重要功能及其實(shí)用性，當(dāng)選擇不帶斜坡的FSK調(diào)制（001模式），實(shí)現(xiàn)的即為頻移鍵控，產(chǎn)生脈沖波。

在這種模式下，輸出頻率值被裝載在頻率調(diào)諧字寄存器1和2中以及29芯腳的邏輯電平中（FSK/BPSK/HOLD），29芯腳為低時(shí)選擇F1（頻率調(diào)諧字1，16進(jìn)制的并行地址4-9）；為高時(shí)選擇F0（頻率調(diào)諧字0，16進(jìn)制的并行地址A-F）。頻率變化為相位連續(xù)的，而且同29芯腳上FSK數(shù)據(jù)保持一致。

FSK/BPSK/HOLD引腳描述：多功能復(fù)用引腳。FSK工作模式下，低電平選擇頻率F1，高電平選F0。

AD9852內(nèi)部有兩個(gè)頻率寄存器，可以設(shè)定兩個(gè)不同的頻率F1和F0，如果在控制寄存器中設(shè)置了第29腳FSK/BPSK/HOLD為FSK模式，則輸入該引腳的數(shù)字信號(hào)將被調(diào)制到F1和F2 上，低電平時(shí)輸出F1 頻率的信號(hào)，高電平時(shí)輸出F2 頻率的信號(hào)。

當(dāng)F1為鍵盤輸入頻率，F(xiàn)2=0，時(shí)，F(xiàn)SK調(diào)制輸出結(jié)果就為一脈沖波形。脈沖波的頻率隨著鍵控信號(hào)輸入的頻率變化，鍵控信號(hào)輸入為時(shí)鐘頻率F0，則脈沖波的頻率為F0/2。

4.軟件設(shè)計(jì)

編程時(shí)采用模塊化的編程方法，每個(gè)模塊是一個(gè)結(jié)構(gòu)完整、相對(duì)獨(dú)立的程序段。這些程序可以任意調(diào)用、修改，這樣，使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，組合靈活，維護(hù)調(diào)試方便。AD9852的通信方式有并行通信和串行通信兩種，并行通信的最大速度可以達(dá)到100MHz，而串行通信的最大速度是10MHz。使用串行口可以使電路簡(jiǎn)化，因此本系統(tǒng)中，單片機(jī)對(duì)DDS的參數(shù)控制均通過并行口通信方式。

單片機(jī)的主要工作是對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，從鍵盤接收相應(yīng)的鍵值，包括合成信號(hào)的頻率，幅度的放大和衰減倍數(shù)以及各種功能按鍵的值，再通過鍵值解釋程序執(zhí)行相應(yīng)的操作。AD9852的D0-D7口分別與AT89C51的P2.0-P2.7口相連，接收到需要產(chǎn)生的頻率數(shù)據(jù)后，單片機(jī)經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算得出AD9852產(chǎn)生該頻率所需的頻率控制字（十六進(jìn)制），在寫時(shí)序控制下 ，將數(shù)據(jù)寫入AD9852內(nèi)部的各個(gè)寄存器，產(chǎn)生所需的合成信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制 ，可由單片機(jī)產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)，作為內(nèi)調(diào)制源接到AD9852的數(shù)字調(diào)制輸入管腳，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)字調(diào)制。

5.仿真結(jié)果

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，采用MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證。從仿真情況看，脈沖波的頻譜純度和穩(wěn)定度比較高，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6.結(jié)論

本文介紹了DDS芯片AD9852的原理和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的DDS芯片產(chǎn)生脈沖信號(hào)的脈沖引信發(fā)射機(jī)，并進(jìn)行了仿真。該脈沖發(fā)生器具有頻率分辨率高，頻率切換速度快，體積小，質(zhì)量輕等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，減小了信號(hào)帶寬，調(diào)高了頻帶利用率，包絡(luò)恒定，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，提升了脈沖無線電引信的作戰(zhàn)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]崔占忠，宋世和.近炸引信原理[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.

[2]畢紅軍.基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器的研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2003：18-22.