基于FPGA和DSP的雷達模目信號設計

摘要：在雷達信號處理分系統調試時(shí)，經(jīng)常用到模目信號。為了獲得實(shí)時(shí)多波束雷達模目信號，提出一種基于FPGA和DSP的產(chǎn)生方法，利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序及控制，DSP實(shí)時(shí)計算出所需要的回波，這樣即使在沒(méi)有陣面數據的情況下，仍然能夠調試信號處理部分。該設計模塊使用簡(jiǎn)單方便，只需通過(guò)終端鍵盤(pán)輸入參數，即可實(shí)時(shí)產(chǎn)生所期望的回波，非常適用于雷達研制前期和系統聯(lián)試時(shí)查找問(wèn)題，而且模塊做在脈壓板上，不需要單獨的插件。
關(guān)鍵詞：雷達模目信號；FPGA；DSP；回波

0 引言
雷達系統在研制過(guò)程中，各部分往往是并行的，在調試信號處理分系統時(shí)，如果天線(xiàn)沒(méi)做好，就得不到陣面送下來(lái)的回波數據，這時(shí)調試就無(wú)法正常進(jìn)行。為了解決這一問(wèn)題，往往先設計一個(gè)模目信號，把信號處理分系統調試好，待其他分系統也調試好后，再切換為正常接收模式，進(jìn)行系統聯(lián)試。
本文介紹了一種模目信號設計方法，利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序及控制，DSP實(shí)時(shí)計算所需要的回波，從而實(shí)現對雷達目標回波的模擬，這樣可以在沒(méi)有陣面數據的情況下，使信號處理分系統調試能夠正常進(jìn)行，從而不影響科研進(jìn)度，做到有問(wèn)題早發(fā)現。

1 系統原理
由于要調試的是PD體制雷達，所以要模擬的信號是帶有多普勒頻移的雷達目標回波。這里雷達發(fā)射波形為線(xiàn)性調頻信號，其時(shí)域表達式為：

式中： A為振幅；τ為脈寬；；μ為調頻斜率；fo為載頻；φo為初相。那么當雷達對空照射時(shí)，如果遇到目標，就會(huì )產(chǎn)生回波，回波是受目標調制了的發(fā)射信號，所以通過(guò)和發(fā)射信號相比較，就可獲得目標的相關(guān)信息，在此僅考慮目標相對雷達勻速徑向飛行的情況。當回波被雷達接收后，經(jīng)過(guò)解調，得到的將是帶有多普勒頻移的線(xiàn)性調頻信號，由于已假設目標沿徑向勻速飛行，所以回波信號相對于發(fā)射信號來(lái)說(shuō)，在相位上僅時(shí)間的一次項改變，即發(fā)生了多普勒頻移?；夭ǖ臅r(shí)延反映目標的遠近，幅度反映目標的散射截面積。
通過(guò)以上分析可知，要產(chǎn)生模目信號，可以通過(guò)改變發(fā)射信號(未調制至載波)的頻率中心、時(shí)延和幅度這三個(gè)參數來(lái)實(shí)現，通過(guò)對這三個(gè)變量的控制，就可模擬出目標的徑向速度、徑向距離以及雷達散射截面積。

2 系統方案
由于模目信號可以通過(guò)改變發(fā)射信號得到，又發(fā)射信號的波形已知，所以可以通過(guò)對發(fā)射信號進(jìn)行實(shí)時(shí)變換，來(lái)模擬所期望的回波。系統實(shí)現如下：為了解距離和速度二維模糊，雷達設置了N種重頻，每種重頻的脈寬不同，在系統帶寬(其決定雷達的距離分辨率)一定的情況下，每種重頻發(fā)射信號的點(diǎn)數為：脈沖時(shí)寬×系統帶寬，此點(diǎn)數也就是目標回波的點(diǎn)數，這樣就可以預先把發(fā)射波形存于DSP內存，然后根據系統控制字，取出需要的波形，再在DSP中實(shí)時(shí)計算出所需要的模目信號。模目信號需要系統時(shí)序來(lái)同步，系統時(shí)序如圖1所示。

圖1中BW為雷達波位脈沖，CPI為相干脈沖導前，FR為單個(gè)脈沖信號。系統會(huì )在每個(gè)CPI到來(lái)時(shí)打入系統控制字，告訴信號處理分系統陣面ID、工作模式、CPI代碼等信息，信號處理分系統會(huì )根據收到的控制字來(lái)進(jìn)行相應的工作，模目距離和模目多普勒也會(huì )在系統控制字中給出，這樣就可在系統時(shí)序同步下，根據所收到的控制字產(chǎn)生模目信號。