一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，包括以下步骤：通过给定的多普勒频率范围和多普勒频率变化率，计算多普勒频率从最大值变化到0的时间；对计算出的时间进行等间隔划分，计算每个时间段的多普勒频率变化率；根据每个时间段的多普勒频率变化率和每段时间，计算每个时间段多普勒频率增量；根据每个时间段多普勒频率增量计算每个时间段的多普勒频率和码多普勒；将计算结果转化为DDS芯片所能识别的参数，通过FPGA芯片对DDS芯片进行配置，产生所需要的时钟，最终得到拟正弦变化的多普勒信号。本发明专利技术可以提升测试和评估接收设备对多普勒频偏和码偏的处理能力，对降低研制成本、提高性能指标及测试验证有积极的作用。有积极的作用。有积极的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法


[0001]本专利技术属于通信领域，具体涉及一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法。

技术介绍

[0002]多普勒效应是指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低，波源的速度越高，所产生的效应越大。
[0003]无线通信中，多普勒效应会造成载波频率的频移和码速率的改变，例如在卫星通信中，卫星的快速移动会导致地面接收信号产生大的频偏和一定的码偏，并且随着通信系统载波频率的提高，多普勒效应的影响会更大。因此在通信系统的接收端必须考虑对多普勒频偏和码偏的处理，为了测试和评估接收设备对多普勒频偏和码偏的处理能力，需要信号模拟设备能够模拟出信道带来的多普勒效应，这对降低研制成本、提高性能指标及测试验证都有积极的作用。
[0004]信源对多普勒效应的模拟，一般都是通过DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)的chirp模式实现，通过一次配置，实现频率的不断跳变，以实现多普勒频偏。但这种方法模拟的多普勒频率变化率固定，不符合真实情况下的多普勒频率变化情况，且在多普勒范围最大值处出现一个明显的拐点，如图1所示，该处的变化率远远大于接收设备所能支持的多普勒频率变化率，导致接收设备失锁，同时还未考虑多普勒码偏的影响。
[0005]如图2所示，真实情况下的多普勒频率Fd＝2*v*cos(θ)/λ，其中v为物体运动速度，θ为物体运动方向与物体和接收站连线的夹角，λ为波长，随着物体的运动θ在不断变化，可以看出，多普勒频率的变化遵循正弦变化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，能够模拟出真实情况下的多普勒频率变化情况，还考虑了多普勒码偏的影响，使得模拟出的多普勒信号更贴近真实情况。
[0007]本专利技术采取的技术方案是一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，包括以下步骤：
[0008]S1、通过给定的多普勒频率范围和多普勒频率变化率，计算多普勒频率从最大值变化到0的时间；
[0009]S2、对计算出的时间进行等间隔划分，计算每个时间段的多普勒频率变化率；
[0010]S3、根据每个时间段的多普勒频率变化率和每段时间，计算每个时间段多普勒频率增量；
[0011]S4、根据每个时间段多普勒频率增量计算每个时间段的多普勒频率，再根据每个
时间段的多普勒频率计算码多普勒；
[0012]S5、将计算结果转化为DDS芯片所能识别的参数，通过FPGA芯片对DDS芯片进行配置，产生所需要的时钟，最终得到拟正弦变化的多普勒信号。
[0013]进一步地，所述S1中，通过给定的多普勒频率范围和多普勒频率变化率，计算多普勒频率从最大值变化到0的时间，具体为：
[0014]假设给定的多普勒频率最大值为A，多普勒频率变化率为k，多普勒频率为：
[0015]y＝A*cos(w*t)
[0016]其中，w为角频率，t为信号周期；
[0017]对y＝A*cos(w*t)求导，可得多普勒频率变化率：
[0018]delta＝A*w*sin(w*t)
[0019]当w*t＝pi/2时，多普勒频率为0，多普勒频率变化率最大，即delta＝A*w＝k，可推导出w＝k/A，则此时的多普勒频率变化率为：
[0020]delta＝k*sin(k*t/A)
[0021]则多普勒频率从最大值变化到0所需时间t为：
[0022]t＝pi/(2*w)＝pi*A/(2*k)。
[0023]进一步地，所述S2中，对计算出的时间进行等间隔划分，计算每个时间段的多普勒频率变化率，具体为：
[0024]将多普勒频率从最大值变化到0所需时间t等间隔分成M段，M可配，可根据DDS芯片每秒所能配置的最大次数决定，每个时间段的持续时间为
△
t＝t/M；
[0025]通过delta＝k*sin(k*t/A)可计算出每个时间段的多普勒频率变化率：
[0026]delta_m＝k*sin(k*(m*
△
t+
△
t/2)/A)
[0027]其中，A为多普勒频率最大值，k为多普勒频率变化率，m＝1，2
…
，N
‑
1，当m＝0时，delta_0＝0。
[0028]进一步地，除第一个时间段外，其余每个时间段的斜率取分段中间位置的斜率。
[0029]进一步地，所述S3中，根据每个时间段的多普勒频率变化率和每段时间，计算每个时间段多普勒频率增量，具体为：
[0030]计算出每个时间段的多普勒频率变化率delta_m和每个时间段的持续时间
△
t后，可获得每个时间段多普勒频率增量
△
f_m：
[0031]△
f_m＝
△
t*delta_m
[0032]其中，m＝0，1，2
…
M，M为时间段数。
[0033]进一步地，所述S4中，根据每个时间段多普勒频率增量计算每个时间段的多普勒频率，再根据每个时间段的多普勒频率计算码多普勒，具体为：
[0034]根据每个时间段多普勒频率增量
△
f_m可计算出每个时间段的多普勒频率：
[0035]Fd＝A
‑
sum(
△
f_m)
[0036]其中，A为多普勒频率最大值，m＝0，1，2...M，M为时间段数；
[0037]根据每个时间段的多普勒频率可计算出码多普勒：
[0038]Fco＝sr*Fd/RF
[0039]其中，Fco为码多普勒，sr为码速率，Fd为每个时间段的多普勒频率，RF为射频频率。
[0040]进一步地，所述S5中，将计算结果转化为DDS芯片所能识别的参数，通过FPGA芯片对DDS芯片进行配置，具体为：
[0041]将每个时间段的多普勒频率Fd加上信号频率后的值转化为频率控制字K，通过FPGA芯片的SPI接口对DDS2芯片进行配置；
[0042]将码多普勒Fco加上码速率sr后的值转化为频率控制字K，通过FPGA芯片的SPI接口对DDS1芯片进行配置。
[0043]进一步地，频率控制字K的计算公式如下所示：
[0044]K＝(Output Frequency*2N)/SYSCLK
[0045]其中，计算得到的频率控制字K是一个十进制数，Output Frequency为输出频率以赫兹表示，N是DDS芯片的相位累加器分辨率，SYSCLK为系统时钟。
[0046]进一步地，将频率控制字K四舍五入为正整数并转换为二进制后，通过FPGA芯片的SPI接口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过给定的多普勒频率范围和多普勒频率变化率，计算多普勒频率从最大值变化到0的时间；S2、对计算出的时间进行等间隔划分，计算每个时间段的多普勒频率变化率；S3、根据每个时间段的多普勒频率变化率和每段时间，计算每个时间段多普勒频率增量；S4、根据每个时间段多普勒频率增量计算每个时间段的多普勒频率，再根据每个时间段的多普勒频率计算码多普勒；S5、将计算结果转化为DDS芯片所能识别的参数，通过FPGA芯片对DDS芯片进行配置，产生所需要的时钟，最终得到拟正弦变化的多普勒信号。2.根据权利要求1所述的基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，其特征在于，所述S1中，通过给定的多普勒频率范围和多普勒频率变化率，计算多普勒频率从最大值变化到0的时间，具体为：假设给定的多普勒频率最大值为A，多普勒频率变化率为k，多普勒频率为：y＝A*cos(w*t)其中，w为角频率，t为信号周期；对y＝A*cos(w*t)求导，可得多普勒频率变化率：delta＝A*w*sin(w*t)当w*t＝pi/2时，多普勒频率为0，多普勒频率变化率最大，即delta＝A*w＝k，可推导出w＝k/A，则此时的多普勒频率变化率为：delta＝k*sin(k*t/A)则多普勒频率从最大值变化到0所需时间t为：t＝pi/(2*w)＝pi*A/(2*k)。3.根据权利要求1所述的基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，其特征在于，所述S2中，对计算出的时间进行等间隔划分，计算每个时间段的多普勒频率变化率，具体为：将多普勒频率从最大值变化到0所需时间t等间隔分成M段，M可配，可根据DDS芯片每秒所能配置的最大次数决定，每个时间段的持续时间为
△
t＝t/M；通过delta＝k*sin(k*t/A)可计算出每个时间段的多普勒频率变化率：delta_m＝k*sin(k*(m*
△
t+
△
t/2)/A)其中，A为多普勒频率最大值，k为多普勒频率变化率，m＝1，2
…
，N
‑
1，当m＝0时，delta_0＝0。4.根据权利要求3所述的基于DDS技术的拟正弦变化的多普勒信号生成方法，其特征在于，除第一个时间段外，其余每个时间段的斜率取分段中间位置的斜率。5.根据权利要求1所述的基于DDS技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔倩，张朗，谭金林，刘斌，张锐，刘宇，聂俊英，
申请(专利权)人：陕西航天技术应用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：