頻率步進雷達系統(tǒng)的仿真與測試其實那么復(fù)雜

SFR可以在頻域中合成頻率步進脈沖回波，以獲得更寬的信號帶寬；使用跳頻實現(xiàn)高分辨率和高信噪比。憑借高分辨率和低成本的優(yōu)勢，頻率步進雷達現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于商業(yè)與航空航天/國防(A/D)領(lǐng)域。不過，受地面、建筑物和植物等物體反射的背景雜波的影響，很難對SRF接收機性能進行準確的分析。因此，仿真變得尤為重要。它可幫助設(shè)計人員精確設(shè)計、驗證和測試真實環(huán)境中的SFR系統(tǒng)，因此，它是設(shè)計人員不可或缺的重要工具。

了解 SFR

為了更好地了解SFR為什么能提供如此先進的能力，我們首先以圖1(最左側(cè)圖像)所示的脈沖雷達波形為例進行說明。

圖1：左側(cè)是脈沖雷達波形，右側(cè)的圖像為SFR波形。

假定脈寬為τ，信號帶寬為f0 = 1/τ，那么根據(jù)下式可計算出距離分辨率Rs：

其中，c 等于光速。

假設(shè)脈寬τ=0.25us，脈沖重復(fù)間隔T=10us，那么距離分辨率Rs=37.5m。要實現(xiàn)小于1m的分辨率，根據(jù)式(1)可知，必須減小脈寬，比如T=3.9ns。由此得到的距離分辨率將為0.58m，在不改變4MHz信號帶寬的情況下，新系統(tǒng)帶寬將比原始系統(tǒng)帶寬寬250ns/3.9ns=64倍。

為了實現(xiàn)0.58m的高分辨率，同時不縮短脈沖持續(xù)時間，可以使用SFR。如圖1所示，頻率步進雷達以固定的脈沖重復(fù)頻率(而非固定的雷達頻率)發(fā)射N個脈沖序列。與脈沖信號不同，頻率步進波形序列中的所有脈沖都具有相同的脈寬和持續(xù)時間，但載波頻率不同。該頻率可通過f_i=f_0+N×dF計算得出，其中 dF 指頻率增加量，表明使用了跳頻和時分。

假設(shè)使用N次步進的頻率，脈寬和脈沖重復(fù)仍然是τ=0.25us和 T=10us，其N=64，與前面的例子一樣，dF=4MHz，那么得到的距離分辨率帶寬結(jié)果將為：

從結(jié)果中顯然可以看出，SFR具有較高的距離分辨率(小于1m)。另外，它不必縮小分辨率，因而適合此情景中的脈沖雷達。

SFR設(shè)計與測試平臺

在SFR雷達中，雜波將會干擾目標探測，增加發(fā)現(xiàn)實際數(shù)量目標的難度，甚至使雷達無法探測到較小目標。能夠在雜波條件下分析目標探測的封閉式分析解決方案極其罕見。由于對這些類型的情景進行分析極為重要，所以仿真成為關(guān)鍵，就像使用平臺解決方案仿真真實環(huán)境中的SFR系統(tǒng)一樣。該平臺還可用于對SFR系統(tǒng)進行驗證和測試。配有測試環(huán)境的仿真平臺必須包含回波信號雷達橫截面(RCS)和背景雜波，

為了更好地了解如何使用這種平臺來設(shè)計、驗證和測試SFR系統(tǒng)，下面提供了一個SFR設(shè)計模板。工程師可以為自有系統(tǒng)定制SFR設(shè)計模板，然后在平臺中運行仿真，以測試設(shè)計的性能。當(dāng)設(shè)計仿真與測試設(shè)備結(jié)合使用時，仿真平臺也可充當(dāng)測試平臺，對SFR元器件硬件進行測試。例如在設(shè)計SFR系統(tǒng)在地面雜波背景下探測兩個目標回波時，可使用該平臺進行仿真和硬件測試。 仿真SFR系統(tǒng)

以圖2所示的基本SFR設(shè)計為例。在信號發(fā)生器中，SFR信號源后面是射頻調(diào)制器，因此使用兩個目標模型和一個雜波模型。在SFR接收機輸入端，接收到的信號包括目標回波和雜波。

圖2：使用Agilent SystemVue電子系統(tǒng)級設(shè)計平臺執(zhí)行此SFR仿真實例。

如圖3所示，在SFR輸入端測量接收到的信號。請注意：圖3C的頻率與時間圖與預(yù)期的SFR信號(使用上述載波頻率計算方法)一致。展開相位也符合預(yù)期。此外，仿真顯示SFR接收機運行良好。