基于虛擬儀器的雷達信號模擬系統的設計

作者：時(shí)間：2010-11-22 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢(xún)

　　1 引言

　　傳統的雷達發(fā)射機，采用專(zhuān)用的信號發(fā)生模塊，無(wú)法任意的設置波形形式、參數，信號中心頻率，信號功率等。在一定程度上限制了應用范圍。尤其在雷達的預研和新技術(shù)的探索階段，要對各種雷達信號進(jìn)行實(shí)驗或評估，如果為每種雷達信號設計專(zhuān)用的信號發(fā)生模塊，將極大的耗費成本。如果使用虛擬儀器技術(shù)，集成高性能的商用測試儀器[1]，通過(guò)編程設計系統的功能，可以有效模擬多種雷達信號，并以較大的靈活性對雷達信號的參數進(jìn)行設置，克服通用性差的問(wèn)題，滿(mǎn)足多種多樣的應用要求。

　　2 雷達信號發(fā)生系統

　　雷達信號產(chǎn)生原理方框圖如圖1所示，基帶信號發(fā)生模塊利用D/A變換，將數字存儲波形轉換為I/Q兩路基帶模擬信號輸出。I/Q調制模塊對I/Q兩路信號進(jìn)行正交載波的調制，將信號中心頻率搬移到射頻或微波頻段，系統最后的輸出就是所需的雷達信號。

圖1. 雷達信號產(chǎn)生原理圖

　　3 基于虛擬儀器的雷達信號模擬系統

　　在雷達新體制的預研論證階段，利用基于虛擬儀器的雷達信號發(fā)生系統，可以滿(mǎn)足應用需求。利用任意波形發(fā)生器、矢量信號源以及脈沖信號源作為硬件平臺，在A(yíng)gilent VEE下開(kāi)發(fā)虛擬儀器軟件進(jìn)行控制，實(shí)現了通用雷達信號發(fā)生系統的模擬。

　　3.1 系統的硬件結構設計

　　系統的結構圖如圖2 所示，下面介紹各模塊的功能。

圖2. 儀器的硬件連接

　　3.1.1 任意波形發(fā)生器

　　任意波形發(fā)生器通過(guò)數字存儲，數模轉換的功能完成基帶或中頻模擬IQ信號的輸出。通過(guò)軟件控制，任意波形發(fā)生器模擬基帶模擬信號發(fā)生模塊，實(shí)現如下功能：

　　1. 對脈沖波形的輸出進(jìn)行回放控制，實(shí)現單脈沖波形或脈沖波形序列的輸出。

　　2. 并可以設置脈沖時(shí)間的寬度，脈沖內的波形參數（如頻率或帶寬等）。

　　3. 脈沖時(shí)間寬度，重采樣速率可以通過(guò)軟件進(jìn)行設置。

　　3.1.2 矢量信號源

　　矢量信號源輸入I/Q信號完成正交調制，上變頻的功能。通過(guò)遠程控制實(shí)現如下功能：

　　1. 可以調節輸出雷達信號中心頻率以及輸出功率的大小。

　　2. 可以調節I/Q兩支路的幅度和相位平衡。

　　3.1.3 脈沖發(fā)生器

　　脈沖發(fā)生器可以為雷達脈沖調制提供所需的觸發(fā)脈沖，并進(jìn)行脈沖重復頻率PRF 的設置。實(shí)現各個(gè)模塊之間的相參和同步。

　　上述系統中的關(guān)鍵模塊是任意波形發(fā)生器和矢量信號源。各大儀器產(chǎn)商都有相應的產(chǎn)品。為了驗證實(shí)現該系統，我們選用了安捷倫公司的任意波形發(fā)生器 N6030A[2]和矢量信號源E8267D[3]，并選用該公司的81110A脈沖發(fā)生器[4]作為脈沖源。其中81110A和E8267D通過(guò) GPIB總線(xiàn)與工控機連接，N6030A則通過(guò)PXI總線(xiàn)與工控機相連。工控機運行虛擬儀器軟件，通過(guò)PXI總線(xiàn)與GPIB總線(xiàn)分別與各個(gè)儀器通信，實(shí)現對儀器的遠程控制。

　　3.2 虛擬儀器軟件設計

　　系統軟件組成如圖3所示，采用模塊化的程序結構，方便系統的升級和擴充。儀器驅動(dòng)程序是儀器功能控制函數以及儀器參數變量的集合。儀器控制模塊是由程序定義的儀器驅動(dòng)程序的子集，它將構建系統需要的儀器功能函數和參數從驅動(dòng)程序中提煉出來(lái)，以適合用戶(hù)的需求。

圖3. 系統軟件組成框圖

　　3.2.1 VEE圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境包括常見(jiàn)的應用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境如：VC++，VB，MATLAB，以及專(zhuān)門(mén)針對測試測量應用的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境：NI LabVIEW， Agilent VEE等。

　　在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，選用Agilent VEE （Virtual Engineering Environment）開(kāi)發(fā)環(huán)境[5]。VEE采用面向對象的程序設計技術(shù)，適合于測試和測量領(lǐng)域的系統仿真與儀表備優(yōu)化控制等應用。它的主要特點(diǎn)有：對編程語(yǔ)言進(jìn)行了的圖形化處理，采用數據流程圖方式編寫(xiě)代碼，編程效率高。提供了豐富的儀器I/O驅動(dòng)實(shí)現對VXI、GPIB、PXI、串口等總線(xiàn)接口的控制。提供了大量的函數庫，并可以與C /C++，MATLAB等進(jìn)行混合編程。

　　3.2.2 基于驅動(dòng)程序的儀器控制模塊設計

　　儀器驅動(dòng)程序是實(shí)現儀器功能的控制函數和參數的集合。它是軟件與儀器通信的橋梁。儀器都在出產(chǎn)時(shí)隨產(chǎn)品附帶了相應的驅動(dòng)程序，而虛擬儀器軟件建立在儀器驅動(dòng)程序之上[6]，通過(guò)接收用戶(hù)操作面板傳來(lái)的用戶(hù)設置參數，實(shí)現豐富的信號設置功能，完成自動(dòng)控制的任務(wù)。通過(guò)調用儀器驅動(dòng)程序的接口函數 [7], [8], [9]可以設計出符合功能需求的系統。

　　圖4說(shuō)明了軟件的流程。軟件的功能包括儀器的尋址，儀器間的相參設置，重采樣時(shí)鐘設置，每一級輸出功率配置，觸發(fā)源的選擇，觸發(fā)脈沖PRF值的配置，輸出信號中心頻率的配置，信號波形的建模，數據生成和存取，以及波形的輸出回放控制。其中波形回放控制部分是一個(gè)子進(jìn)程，其流程圖如圖5所示。它的功能是通過(guò)調用任意波形發(fā)生器驅動(dòng)程序的函數，控制任意波形發(fā)生器的波形回放過(guò)程。兩個(gè)分支分別實(shí)現單一脈沖波形的輸出和脈沖波形序列的輸出。

圖4 虛擬儀器程序執行流程圖