多波形雷達回波中頻模擬器設計

摘要：基于自主產(chǎn)生式的工作原理，采用DSP配合FPGA完成數據處理、DDS信號產(chǎn)生、數字正交上變頻等技術(shù)，實(shí)現了雙目標中頻雷達回波信號模擬，支持簡(jiǎn)單脈沖、線(xiàn)性調頻，以及步進(jìn)頻等多種波形。采用改進(jìn)的存儲轉發(fā)方法實(shí)現脈沖延遲，并基于數字信號處理技術(shù)產(chǎn)生帶限高斯白噪聲，可靈活地調節帶寬、功率等參數。整個(gè)系統已經(jīng)成功地在A(yíng)DI公司的ADSP-21060和Xilinx公司的XC2V3000型FPGA上得到了實(shí)現，驗證了設計的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：雷達回波模擬；多波形；存儲轉發(fā)；加性高斯白噪聲

0 引言
在各型雷達導引頭的研制開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常需要多次試驗以檢驗雷達對目標回波信號的分析處理性能。然而一般外場(chǎng)試驗雖然是最真實(shí)的實(shí)戰模擬，但需要耗費大量的人力物力，試驗成本昂貴，不適于研制階段的性能考核，通常只作為導彈整體研制完成后的最終性能考核驗證。因此，能夠在實(shí)驗室為雷達導引頭工作提供一個(gè)模擬真實(shí)工作狀態(tài)的電磁環(huán)境就顯得格外重要。雷達回波模擬器正是為適應上述需求研制出現的，它不僅為設計者節省大量的研制費用，而且可以縮短研制周期，提高工作效率。
從實(shí)現方法上，雷達回波模擬器一般分為兩大類(lèi)：存儲回放式和自主產(chǎn)生式。存儲回放式是基于接收待測雷達產(chǎn)品的頻率合成器的發(fā)射信號調制脈沖，并對發(fā)射信號進(jìn)行下變頻、采樣存儲、完成目標與干擾的信息數字調制處理，再通過(guò)高速D／A和上變頻器回放出來(lái)的一種實(shí)現模式。自主產(chǎn)生式則無(wú)需接收待測產(chǎn)品的發(fā)射信號，但需要得到與產(chǎn)品相參的時(shí)鐘和調制脈沖、相參幀同步信號，在此基礎上，采用一個(gè)與產(chǎn)品相近的頻綜，直接根據目標和干擾的參數信息產(chǎn)生產(chǎn)品所需的模擬回波信號。
兩種方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。存儲回放式對波形參數中如帶寬、脈寬等的變化不敏感，可自動(dòng)適應；但對于脈間頻率捷變情況下的測頻處理則很難快速高精度實(shí)現，且由于高速A／D的限制，模擬回波信號的信噪比很難做高。自主產(chǎn)生式則規避了存儲回放式的上述缺點(diǎn)，但對如帶寬、脈寬等波形的變化必須依靠產(chǎn)品提供信息，靈活性有所欠缺。
本文論述一種自主產(chǎn)生式的雷達回波模擬器中頻部分的設計實(shí)現方法，該模擬器可產(chǎn)生脈沖單頻、脈沖線(xiàn)性調頻、步進(jìn)頻、步進(jìn)頻+線(xiàn)性調頻等多種波形的雷達回波信號，并可產(chǎn)生雙目標和參數可控的帶限高斯白噪聲，可模擬主要的干擾類(lèi)型；輸出信號既可以直接用于信號處理機的中頻注入式測試，也可上變頻后用于雷達系統的射頻條件下的各種測試驗證。以下對該中頻雷達回波模擬器的實(shí)現方法予以詳細闡述。

1 回波信號理論分析
按照設計要求，該模擬器需要模擬脈沖單頻、脈沖線(xiàn)性調頻、步進(jìn)頻、步進(jìn)頻+線(xiàn)性調頻共四種波形的信號。其中，步進(jìn)頻又包括順序步進(jìn)頻和隨機步進(jìn)頻兩種類(lèi)型。這些波形的雷達回波信號，均可以統一表示為式(1)的形式：

式中：c為光速；N為相參幀的脈沖總個(gè)數；i表示相參幀內的第幾個(gè)脈沖；To為脈沖寬度；Tr為脈沖周期；fc為相參幀內首脈沖的載頻；△f為脈沖間最小步進(jìn)頻差；bi△f為第i個(gè)脈沖在初始載頻基礎上的頻率變化(僅適用于脈間頻率捷變波形，非脈間捷變波形則bi=0)；k為線(xiàn)性調頻波形時(shí)的脈內調頻變化率(非脈內線(xiàn)性調頻則k=0)；Ro為目標當前距離；v為目標當前速度。
由以上分析可知，無(wú)論上述何種波形，均可根據式(1)計算脈沖的延時(shí)、每個(gè)脈沖的脈內初相、以及每個(gè)脈沖的載頻等參數，并對這些參數在與產(chǎn)品同步的基礎上予以實(shí)時(shí)控制來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)現。根據發(fā)射波形，還要決定是否添加脈內頻率線(xiàn)性調制。