多波形雷達(dá)回波中頻模擬器設(shè)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(shù)據(jù)處理、DDS信號產(chǎn)生、數(shù)字正交上變頻等技術(shù)，實現(xiàn)了雙目標(biāo)中頻雷達(dá)回波信號模擬，支持簡單脈沖、線性調(diào)頻，以及步進(jìn)頻等多種波形。采用改進(jìn)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方法實現(xiàn)脈沖延遲，并基于數(shù)字信號處理技術(shù)產(chǎn)生帶限高斯白噪聲，可靈活地調(diào)節(jié)帶寬、功率等參數(shù)。整個系統(tǒng)已經(jīng)成功地在ADI公司的ADSP-21060和Xilinx公司的XC2V3000型FPGA上得到了實現(xiàn)，驗證了設(shè)計的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)回波模擬；多波形；存儲轉(zhuǎn)發(fā)；加性高斯白噪聲

0 引言
在各型雷達(dá)導(dǎo)引頭的研制開發(fā)中，經(jīng)常需要多次試驗以檢驗雷達(dá)對目標(biāo)回波信號的分析處理性能。然而一般外場試驗雖然是最真實的實戰(zhàn)模擬，但需要耗費(fèi)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(dǎo)彈整體研制完成后的最終性能考核驗證。因此，能夠在實驗室為雷達(dá)導(dǎo)引頭工作提供一個模擬真實工作狀態(tài)的電磁環(huán)境就顯得格外重要。雷達(dá)回波模擬器正是為適應(yīng)上述需求研制出現(xiàn)的，它不僅為設(shè)計者節(jié)省大量的研制費(fèi)用，而且可以縮短研制周期，提高工作效率。
從實現(xiàn)方法上，雷達(dá)回波模擬器一般分為兩大類：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(dá)產(chǎn)品的頻率合成器的發(fā)射信號調(diào)制脈沖，并對發(fā)射信號進(jìn)行下變頻、采樣存儲、完成目標(biāo)與干擾的信息數(shù)字調(diào)制處理，再通過高速D／A和上變頻器回放出來的一種實現(xiàn)模式。自主產(chǎn)生式則無需接收待測產(chǎn)品的發(fā)射信號，但需要得到與產(chǎn)品相參的時鐘和調(diào)制脈沖、相參幀同步信號，在此基礎(chǔ)上，采用一個與產(chǎn)品相近的頻綜，直接根據(jù)目標(biāo)和干擾的參數(shù)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(shù)中如帶寬、脈寬等的變化不敏感，可自動適應(yīng)；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現(xiàn)，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(guī)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(dá)回波模擬器中頻部分的設(shè)計實現(xiàn)方法，該模擬器可產(chǎn)生脈沖單頻、脈沖線性調(diào)頻、步進(jìn)頻、步進(jìn)頻+線性調(diào)頻等多種波形的雷達(dá)回波信號，并可產(chǎn)生雙目標(biāo)和參數(shù)可控的帶限高斯白噪聲，可模擬主要的干擾類型；輸出信號既可以直接用于信號處理機(jī)的中頻注入式測試，也可上變頻后用于雷達(dá)系統(tǒng)的射頻條件下的各種測試驗證。以下對該中頻雷達(dá)回波模擬器的實現(xiàn)方法予以詳細(xì)闡述。

1 回波信號理論分析
按照設(shè)計要求，該模擬器需要模擬脈沖單頻、脈沖線性調(diào)頻、步進(jìn)頻、步進(jìn)頻+線性調(diào)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(jī)步進(jìn)頻兩種類型。這些波形的雷達(dá)回波信號，均可以統(tǒng)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數(shù)；i表示相參幀內(nèi)的第幾個脈沖；To為脈沖寬度；Tr為脈沖周期；fc為相參幀內(nèi)首脈沖的載頻；△f為脈沖間最小步進(jìn)頻差；bi△f為第i個脈沖在初始載頻基礎(chǔ)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為線性調(diào)頻波形時的脈內(nèi)調(diào)頻變化率(非脈內(nèi)線性調(diào)頻則k=0)；Ro為目標(biāo)當(dāng)前距離；v為目標(biāo)當(dāng)前速度。
由以上分析可知，無論上述何種波形，均可根據(jù)式(1)計算脈沖的延時、每個脈沖的脈內(nèi)初相、以及每個脈沖的載頻等參數(shù)，并對這些參數(shù)在與產(chǎn)品同步的基礎(chǔ)上予以實時控制來進(jìn)行模擬實現(xiàn)。根據(jù)發(fā)射波形，還要決定是否添加脈內(nèi)頻率線性調(diào)制。