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直接数字频率合成技术的研究与应用

作　者: 石雄
导　师: 朱光喜
学　校: 华中科技大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 直接数字频率合成干扰噪声调制随机序列噪声源自动频率控制真空度测量
分类号: TN74
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

频率源是现代大型电子设备的重要组成部分,对系统的性能有着举足轻重的决定作用。频率合成的理论形成于二十世纪三十年代,实质上是一种频率模拟(或数字)计算技术,它通过对振荡源的振荡频率进行加、减、乘、除(混频,倍频、分频等)的方法,获得大量稳定度很高的频率,然后再通过人工的或自动的(程序控制)方法加以控制,实现各种频率变换、合成各种不同的信号。本文对频率合成技术及其应用领域特别是噪声干扰信号的合成等相关问题进行了深入研究,所作的主要工作主要有:1、在回顾频率合成技术发展历史的基础上对直接频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成的工作原理、性能分析、实现方法进行了归纳总结;对近年来迅速发展的直接数字频率合成技术的工作原理、输出特性、杂散性能进行了深入的探讨。2、对遮盖性干扰所要求的噪声信号形式、实现方式进行了分析讨论,根据电子对抗特别是雷达电子对抗领域对噪声信号的要求,结合直接数字频率合成技术的特点和优势,首次提出了一种全数字式噪声源的实现方法:以直接数字频率合成技术为硬件基础,采用蒙特卡洛方法产生随机数序列,直接控制DDS的输出幅度、频率或相位,可以分别得到噪声调幅、噪声调频或噪声调相信号。该形式的噪声源具有系统结构简单、生产调试方便、成本低、能够在不改变硬件电路的前提下实现多种调制方式的特点,并且能够实现噪声分布特性的改变。3、随机序列的产生是数字式噪声源的关键,本文对随机序列的产生方法进行了深入探讨,对ANSI C语言中的RAND函数进行分析讨论和各种验证,在实际应用中选择该函数产生随机序列。4、根据以上提出的数字式噪声源的基本思想,结合我军雷达部队的实际,完成了某型米波雷达干扰机的设计、制作和现场调试,经实际使用证明全数字噪声源的方法能够产生符合实际需要的噪声干扰,达到了预期的干扰效果,具有广泛的应用领域和很高的实际使用价值,该项目获得2006年度军队科技进步三等奖。5、针对利用计算机辐射窃取保密信息而导致的泄密事件,同样应用数字噪声源的基本思想,设计完成了内置式计算机干扰器,由其产生0～1000MHz的宽带遮盖性干扰信号遮盖计算机的电磁辐射,达到阻止窃密的效果,该干扰器已经通过了中国人民解放军信息认证中心的军B级认证,并且生产数千套装备部队。6、为充分发挥我军现役米波雷达的技术优势,以DDS技术和数字测频方法为基础设计并调试完成了米波雷达自适应稳定本振系统,解决了数字测频、DDS输出杂散抑制、系统抗干扰等技术难题,较大幅度提高了现役米波雷达的战术技术水平。7、在国家863项目“低成本、高性能真空熔焊封装关键技术与装备的研究”中利用DDS所具备的高频率分辨率设计了石英晶体振荡器的测试系统,能够精确测出石英晶体谐振阻抗的变化,根据其谐振阻抗变化随真空度变化的原理实现了对MEMS真空封装内部真空度的测量,发现MEMS真空封装内部的真空度并非人们一直认为的就是封装设备真空腔体的真空度,并进一步提出了改进方案。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
1 频率合成技术的发展历史  13-33
  1.1 频率合成技术的发展简史  13-15
  1.2 直接频率合成技术  15-18
    1.2.1 非相参频率直接合成器  15
    1.2.2 相参频率合成器  15-18
  1.3 锁相频率合成技术(间接频率合成)  18-26
    1.3.1 脉冲控制锁相法  18-19
    1.3.2 模拟锁相环路法(减法降频)  19-22
    1.3.3 数字锁相环路法(除法降频)  22-26
  1.4 直接数字频率合成  26-33
    1.4.1 DDS 产品的发展  27-29
    1.4.2 DDS 结构与性能的改进  29-31
    1.4.3 DDS 应用领域的拓展  31-33
2 直接数字频率合成（DDS）的原理及性能分析  33-56
  2.1 理想参数波形输出DDS 的输出信号频谱分析  37-43
  2.2 实际参数波形输出DDS 的输出信号频谱分析  43-55
    2.2.1 实际参数波形输出DDS 的杂散分量来源  43-44
    2.2.2 实际参数波形输出DDS 杂散分析的数学模型  44-45
    2.2.3 相位截断误差分析  45-49
    2.2.4 幅度量化误差分析  49-53
    2.2.5 杂散功率计算  53-55
  2.3 本章小结  55-56
3 遮盖性干扰信号  56-92
  3.1 对雷达的遮盖性干扰  57-63
    3.1.1 遮盖性干扰的作用和分类  57-59
    3.1.2 遮盖性干扰的效果度量  59-60
    3.1.3 最佳遮盖干扰波形  60-63
  3.2 常用遮盖性干扰信号及其干扰效果分析  63-91
    3.2.1 射频噪声干扰  63-71
    3.2.2 噪声调幅干扰  71-78
    3.2.3 噪声调频干扰  78-85
    3.2.4 噪声调相干扰  85-88
    3.2.5 脉冲干扰  88-91
  3.3 本章小结  91-92
4 基于伪随机序列和DDS 技术的数字噪声源  92-121
  4.1 数字噪声源的组成结构  93-95
  4.2 伪随机序列的产生和变换  95-111
    4.2.1 均匀随机数的产生  95-99
    4.2.2 均匀随机数的检验  99-101
    4.2.3 非均匀随机数的产生  101-107
    4.2.4 RAND（）函数  107-111
  4.3 数字噪声源的应用1----米波雷达干扰机  111-115
    4.3.1 米波雷达干扰机主要战术技术指标  113
    4.3.2 米波雷达干扰机系统方案  113-114
    4.3.3 干扰效果  114-115
  4.4 数字噪声源的应用2----内置式计算机干扰器  115-119
    4.4.1 干扰器系统结构  116
    4.4.2 硬件组成  116-117
    4.4.3 软件设计  117-118
    4.4.4 遮盖效果  118-119
  4.5 本章小结  119-121
5 基于DDS 技术的米波雷达自适应本振  121-130
  5.1 系统组成及工作原理  122-123
  5.2 硬件结构  123-128
    5.2.1 高速高精度脉内频率测量模块  123-126
    5.2.2 DDS 频率合成模块  126-127
    5.2.3 高稳定度恒温时钟模块  127-128
  5.3 软件结构  128-129
  5.4 本章小结  129-130
6 基于DDS 技术的MEMS 真空封装的真空度测量  130-140
  6.1 真空检测原理  130-132
  6.2 系统设计及实现  132-136
    6.2.1 电路结构  132-135
    6.2.2 软件结构  135-136
  6.3 测试结果及分析  136-138
    6.3.1 不同晶振的标定实验  136-137
    6.3.2 温度对晶振标定的影响  137
    6.3.3 晶振老化实验  137
    6.3.4 真空封装真空度跟踪实验  137-138
  6.4 本章小结  138-140
7 总结与展望  140-143
  7.1 总结  140-142
  7.2 展望  142-143
致谢  143-144
参考文献  144-150
附录攻读学位期间发表的学术论文目录  150

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