一种脉冲无线电引信发射机的仿真设计

【摘要】针对传统脉冲引信发射机多以模拟信号源产生信号，信号精度低，体积大，较难满足引信作战技术要求，结合微电子和数字集成电路在军事领域的迅猛发展，提出了基于直接数字频率合成技术的脉冲波发生器。该方法以单片机AT89C51控制产生波形频率，以AD9852芯片合成脉冲波形，经A/D转化及滤波器处理，产生平滑清晰的脉冲波形。该脉冲发生器具有频率分辨率高，频率切换速度快等优点，很好的适应了现代化作战对引信技术的要求。

【关键词】脉冲无线电引信发射机；DDS；FSK

1.脉冲无线电引信发射机组成

在无线通信中，通信发射机的作用是产生一个功率足够大的高频振荡送给发射天线，通过天线转换成空间电磁波传送到接收端。它由调制信号发生器、调制器、高频振荡器及电源组合组成。调制信号发生器是一个自激间歇振荡器，其间歇振荡器的脉冲重复频率为400Hz。由调制信号发生器产生一个有一定重复周期、幅度为500～600V的正脉冲，加至调制管，使调制管开启，输出一个幅度达2000V的正脉冲，加至高频振荡器，以调制高频振荡器，产生一个高频脉冲信号[1]。DDS即直接数字频率合成技术，可以产生高精度，高分辨率的脉冲信号，应用于引信具有很大的优势。

2.DDS的基本原理与参数计算

一个直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器（LPF）构成。

直接数字频率合成技术（DDS），是从相位概念出发，对需要合成信号的波形进行相位分割，对分割后的相位值赋予相应的地址，然后按时钟频率以一定的步长抽取这些地址，利用信号相位与幅度的关系，按照一定的步长抽取相位累加器地址的同时，输出相应的幅度样值，这些幅度样值的包络就反映了需要合成信号的波形。这样，当波形ROM中存入不同波形幅度值时，DDS就可以产生任意波了。

相位累加器是DDS的核心部件，其内部由级联的加法器和相位寄存器构成。在时钟脉冲的作用下，加法器将频率控制字与累加寄存器输出的数据相加，相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是输出的信号频率[2]。

3.产生脉冲波形

应用DDS芯片采用FSK调制产生脉冲波。FSK是频移键控调制的简写，即用不同的频率来表示不同的符号。例如2KHz表示符号0，3KHz表示符号1。采用不带斜坡的FSK调制生成脉冲波，抗噪声和抗衰减性能好，稳定可靠。

用AD9852芯片产生脉冲波。AD9852可编程操作模式有五种。通过对控制寄存器中的三位数可选择模式，表1列出了每种模式的重要功能及其实用性，当选择不带斜坡的FSK调制（001模式），实现的即为频移键控，产生脉冲波。

在这种模式下，输出频率值被装载在频率调谐字寄存器1和2中以及29芯脚的逻辑电平中（FSK/BPSK/HOLD），29芯脚为低时选择F1（频率调谐字1，16进制的并行地址4-9）；为高时选择F0（频率调谐字0，16进制的并行地址A-F）。频率变化为相位连续的，而且同29芯脚上FSK数据保持一致。

FSK/BPSK/HOLD引脚描述：多功能复用引脚。FSK工作模式下，低电平选择频率F1，高电平选F0。

AD9852内部有两个频率寄存器，可以设定两个不同的频率F1和F0，如果在控制寄存器中设置了第29脚FSK/BPSK/HOLD为FSK模式，则输入该引脚的数字信号将被调制到F1和F2 上，低电平时输出F1 频率的信号，高电平时输出F2 频率的信号。

当F1为键盘输入频率，F2=0，时，FSK调制输出结果就为一脉冲波形。脉冲波的频率随着键控信号输入的频率变化，键控信号输入为时钟频率F0，则脉冲波的频率为F0/2。

4.软件设计

编程时采用模块化的编程方法，每个模块是一个结构完整、相对独立的程序段。这些程序可以任意调用、修改，这样，使整个程序结构清晰，组合灵活，维护调试方便。AD9852的通信方式有并行通信和串行通信两种，并行通信的最大速度可以达到100MHz，而串行通信的最大速度是10MHz。使用串行口可以使电路简化，因此本系统中，单片机对DDS的参数控制均通过并行口通信方式。

单片机的主要工作是对键盘进行扫描，从键盘接收相应的键值，包括合成信号的频率，幅度的放大和衰减倍数以及各种功能按键的值，再通过键值解释程序执行相应的操作。AD9852的D0-D7口分别与AT89C51的P2.0-P2.7口相连，接收到需要产生的频率数据后，单片机经过内部运算得出AD9852产生该频率所需的频率控制字（十六进制），在写时序控制下 ，将数据写入AD9852内部的各个寄存器，产生所需的合成信号。为了实现数字调制 ，可由单片机产生一脉宽调制信号，作为内调制源接到AD9852的数字调制输入管脚，实现内部数字调制。

5.仿真结果

系统设计完成后，采用MATLAB进行仿真验证。从仿真情况看，脉冲波的频谱纯度和稳定度比较高，均达到设计要求。

6.结论

本文介绍了DDS芯片AD9852的原理和特点，设计了单片机控制的DDS芯片产生脉冲信号的脉冲引信发射机，并进行了仿真。该脉冲发生器具有频率分辨率高，频率切换速度快，体积小，质量轻等多个优点，减小了信号带宽，调高了频带利用率，包络恒定，具有较强的抗干扰能力，提升了脉冲无线电引信的作战性能。

参考文献

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

[2]毕红军.基于DDS技术的任意波形发生器的研究[D].西安：西安电子科技大学，2003：18-22.

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