0 导言
跟着我国航天技能的不断进步，深空测距技能遭到越来越多的重视。在深空测距体系中，中频信号发生器对体系功用有着重要的含义。在USB(一致S频段)体系中，原有的模仿电路完结的发射模块存在功用不完善、输入动态规模小、可控功用差、不能适应中心频率大规模改动、体积大等问题，为了处理上述问题，可在一个标准化通用数字调制信号发生器的平台上，经过外围的操控电路，完结对载波中心频率、输出功率、调相指数、测距音通／断操控等参数的改动。
以软件无线电思维为中心，根据PLD(可编程逻辑器材)的通用调制信号发生器的规划，进一步给出了完结中频USB侧音测距信号的硬件规划及软件的规划思维，仿真成果及片上硬件数据收集成果证明了输出信号的正确性，一起完结了灵敏的参数可控功用。
1 USB侧音测距原理
USB体系中可用的测距信号有伪码、侧音和伪码加侧音3种，构成不同的测距体系。现在微波一致体系中运用最多的是纯侧音测距。
USB体系侧音测距信号是一个正弦调相波，它由K个正弦副载波(能够被信息调制)所调制。为了减小各调制副载波之间的交调搅扰，调制方法为窄带调相。此调制信号表明为：
式中：A为载波起伏；ωc为载波角频率；mi为第i个正弦副载波对载波的调相指数；Ωi为第i个正弦副载波的角频率。
USB体系选用7个侧音，主侧音为100 kHz，次测音为20 kHz、4 kHz、800 Hz、160 Hz、62 Hz及8 Hz；次侧音经频谱折叠处理后，变为100 kHz、20 kHz、16 Hz、16.8 Hz、16.16 Hz、16.032 Hz、16.008 Hz，称为虚拟次侧音。其间最高侧音的挑选与测距精度要求有关，次侧音是侧音匹配解含糊所必需的。
在纯侧音测距体系中，有侧音一起发送和次第轮发两种方法，咱们选用侧音一起发送方法。这种方法，主侧音f7一向发送，而在解含糊阶段，每次按侧音频率由高到低次第加发一个虚拟次侧音。主侧音与虚拟次侧音间顺次音发送次第层层进行匹配解含糊，直至主侧音与最低侧音问匹配完结，即进入无含糊间隔丈量阶段，尔后，只发一个主侧音。发送进程如图1所示。
2 AD9957功用介绍
AD9957是美国模仿器材公司出产的内置14位D／A转换器的直接数字频率合成器(DDS)%&&&&&%，根本框图如图2所示。
AD9957采样速度到达1 GSPS(10亿次采样每秒)，一起，功耗比其他DDS减小50％以上，动态功用高达400 MHz输出频率，并且sFDR(无杂散动态规模)高达80 dB以上，使用到无线和有线体系中时。运用AD9957调制器或QDUC(正交数字上变频器)供给的高达400 MHz中频实时输出到达简化数据传输的意图。AD9957还可供给用于快速编程的宽并行接口，具有一个更新速率达250 MHz的16 bit并行端口，答应每隔8 ns更新一次32 bit的频率操控字。这种快速编程能力使之能够用于高速波形发生器、跳频合成器、安全通讯以及各种雷达和扫描体系等需求频率或相位极快改动的场合。
此外，AD9957支撑高达400 MHz输出的QDUC，因为AD9957内部集成了高速DDS、14bit D／A转换器、时钟倍频电路和数字滤波器，当使用于无线或有线通讯基础设施体系时，能够完结基带上的变频，使数据传输简略、成本低、效率高。1 GSPS的NCO(数控振荡器)和D／A转换器答应AD9957供给高达400 MHz的直接输出，因而无需运用上变频级，并且降低了对滤波器的要求。
AD9957的首要特点：32位相位累加器；波特率达2 Mb／s的SPI接口；内置1 024×32 bit RAM，可完结内部调制功用；内部选用1.8 V供电，超低功耗；内置的低噪声参阅时钟倍频器答使用低成本、低频外部时钟作为体系时钟，一起仍可供给优秀的动态功用；支撑测验向量和起伏斜坡式操控功用。 3体系规划与完结
体系详细完结框图如图3所示。硬件规划首要包含外围操控、FPGA、AD9957和滤波扩大电路。
3.1外围操控模块规划
外围操控模块首要由PC机和相应的外围操控电路组成，首要用来操控主、次侧音的挑选及主、次侧音所对应的调相指数的挑选。
3.2 FPGA规划
本规划中FPGA(现场可编程门阵列)选用XILINX公司出产的XC3S200，首要使用了VHDL可编程言语编写中心处理模块的硬件开发程序，其间包含时钟发生模块、侧音生成模块和初始化模块3个模块的规划。如图4所示。
时钟发生模块(clk_module)首要用来供给体系所需的一致作业时钟及AD9957所需求的差分时钟Clk_P和Clk_N，并为体系供给复位信号。
侧音生成模块(ceyin_module)中选用XILINX公司供给的DDS IP CORE直接发生所需主侧音和虚拟次侧音，经过核算操控字作为DDS的输入，即可得出相应频率的正弦信号输出，再与外围操控模块送进的各自的调相指数m1、m2经乘法器相乘后送加法器相加，最终经查找表输出两路正余弦信号作为AD9957的两路输入信号。
初始化模块(AD9957_init)用来发生AD9957的装备信号，如片选信号CS、串口数据写入SDIO信号等。运用Modelsim SE 6.0进行串口写数据的时序仿真如图5所示。
3.3 AD9957规划
式(2)中侧音信号与载波信号进行正交调制后即可得到所需的侧音测距信号。在规划中运用AD9957的QDUC形式，由FPGA送出的I／Q两路信号与AD9957内部DDS生成的载波信号进行调相调制后输出，经带通滤波后即可得到所需的中频(70 MHz)USB信号。运用XILINX公司的ChipScope Pro 8.2i进行实时数据收集。ChipScope Pro是针对XILINX公司FPGA的在线片内信号剖析东西，经过JTAG口在线、实时地读出FPGA内部信号。
数据调查窗口收集的数据如图6所示。
4 结束语
本文给出了一种根据FPGA和AD9957的侧音测距信号发生器规划，规划进程中充分运用了FPGA中特有的IP CORE来完结规划中所需的DDS、乘法器、加法器及查找表的功用，这样不只简化了完结程序，并且节省了资源。一起经过外围操控模块的规划，完结了灵敏的参数可控功用。
本文所规划的中频USB信号发生器已在某深空测距体系得以使用。
