一種脈沖無線電引信發射機的仿真設計

【摘要】針對傳統脈沖引信發射機多以模擬信號源產生信號，信號精度低，體積大，較難滿足引信作戰技術要求，結合微電子和數字集成電路在軍事領域的迅猛發展，提出了基于直接數字頻率合成技術的脈沖波發生器。該方法以單片機AT89C51控制產生波形頻率，以AD9852芯片合成脈沖波形，經A/D轉化及濾波器處理，產生平滑清晰的脈沖波形。該脈沖發生器具有頻率分辨率高，頻率切換速度快等優點，很好的適應了現代化作戰對引信技術的要求。

【關鍵詞】脈沖無線電引信發射機；DDS；FSK

1.脈沖無線電引信發射機組成

在無線通信中，通信發射機的作用是產生一個功率足夠大的高頻振蕩送給發射天線，通過天線轉換成空間電磁波傳送到接收端。它由調制信號發生器、調制器、高頻振蕩器及電源組合組成。調制信號發生器是一個自激間歇振蕩器，其間歇振蕩器的脈沖重復頻率為400Hz。由調制信號發生器產生一個有一定重復周期、幅度為500～600V的正脈沖，加至調制管，使調制管開啟，輸出一個幅度達2000V的正脈沖，加至高頻振蕩器，以調制高頻振蕩器，產生一個高頻脈沖信號[1]。DDS即直接數字頻率合成技術，可以產生高精度，高分辨率的脈沖信號，應用于引信具有很大的優勢。

2.DDS的基本原理與參數計算

一個直接數字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲ROM、D/A轉換器和低通濾波器（LPF）構成。

直接數字頻率合成技術（DDS），是從相位概念出發，對需要合成信號的波形進行相位分割，對分割后的相位值賦予相應的地址，然后按時鐘頻率以一定的步長抽取這些地址，利用信號相位與幅度的關系，按照一定的步長抽取相位累加器地址的同時，輸出相應的幅度樣值，這些幅度樣值的包絡就反映了需要合成信號的波形。這樣，當波形ROM中存入不同波形幅度值時，DDS就可以產生任意波了。

相位累加器是DDS的核心部件，其內部由級聯的加法器和相位寄存器構成。在時鐘脈沖的作用下，加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的數據相加，相加后的結果送到累加寄存器的數據輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘作用后所產生的新相位數據反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘的作用下繼續與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在參考時鐘的作用下進行線性相位累加，當相位累加器累加滿量時就會產生一次溢出，完成一個周期性的動作，這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期，累加器的溢出頻率就是輸出的信號頻率[2]。

3.產生脈沖波形

應用DDS芯片采用FSK調制產生脈沖波。FSK是頻移鍵控調制的簡寫，即用不同的頻率來表示不同的符號。例如2KHz表示符號0，3KHz表示符號1。采用不帶斜坡的FSK調制生成脈沖波，抗噪聲和抗衰減性能好，穩定可靠。

用AD9852芯片產生脈沖波。AD9852可編程操作模式有五種。通過對控制寄存器中的三位數可選擇模式，表1列出了每種模式的重要功能及其實用性，當選擇不帶斜坡的FSK調制（001模式），實現的即為頻移鍵控，產生脈沖波。

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

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

AD9852內部有兩個頻率寄存器，可以設定兩個不同的頻率F1和F0，如果在控制寄存器中設置了第29腳FSK/BPSK/HOLD為FSK模式，則輸入該引腳的數字信號將被調制到F1和F2 上，低電平時輸出F1 頻率的信號，高電平時輸出F2 頻率的信號。

當F1為鍵盤輸入頻率，F2=0，時，FSK調制輸出結果就為一脈沖波形。脈沖波的頻率隨著鍵控信號輸入的頻率變化，鍵控信號輸入為時鐘頻率F0，則脈沖波的頻率為F0/2。

4.軟件設計

編程時采用模塊化的編程方法，每個模塊是一個結構完整、相對獨立的程序段。這些程序可以任意調用、修改，這樣，使整個程序結構清晰，組合靈活，維護調試方便。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化，因此本系統中，單片機對DDS的參數控制均通過并行口通信方式。

單片機的主要工作是對鍵盤進行掃描，從鍵盤接收相應的鍵值，包括合成信號的頻率，幅度的放大和衰減倍數以及各種功能按鍵的值，再通過鍵值解釋程序執行相應的操作。AD9852的D0-D7口分別與AT89C51的P2.0-P2.7口相連，接收到需要產生的頻率數據后，單片機經過內部運算得出AD9852產生該頻率所需的頻率控制字（十六進制），在寫時序控制下 ，將數據寫入AD9852內部的各個寄存器，產生所需的合成信號。為了實現數字調制 ，可由單片機產生一脈寬調制信號，作為內調制源接到AD9852的數字調制輸入管腳，實現內部數字調制。

5.仿真結果

系統設計完成后，采用MATLAB進行仿真驗證。從仿真情況看，脈沖波的頻譜純度和穩定度比較高，均達到設計要求。

6.結論

本文介紹了DDS芯片AD9852的原理和特點，設計了單片機控制的DDS芯片產生脈沖信號的脈沖引信發射機，并進行了仿真。該脈沖發生器具有頻率分辨率高，頻率切換速度快，體積小，質量輕等多個優點，減小了信號帶寬，調高了頻帶利用率，包絡恒定，具有較強的抗干擾能力，提升了脈沖無線電引信的作戰性能。

參考文獻

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

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