多波形雷達回波中頻模擬器設計

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

0 引言
在各型雷達導引頭的研制開發中，經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。然而一般外場試驗雖然是最真實的實戰模擬，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，能夠在實驗室為雷達導引頭工作提供一個模擬真實工作狀態的電磁環境就顯得格外重要。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。
從實現方法上，雷達回波模擬器一般分為兩大類：存儲回放式和自主產生式。存儲回放式是基于接收待測雷達產品的頻率合成器的發射信號調制脈沖，并對發射信號進行下變頻、采樣存儲、完成目標與干擾的信息數字調制處理，再通過高速D／A和上變頻器回放出來的一種實現模式。自主產生式則無需接收待測產品的發射信號，但需要得到與產品相參的時鐘和調制脈沖、相參幀同步信號，在此基礎上，采用一個與產品相近的頻綜，直接根據目標和干擾的參數信息產生產品所需的模擬回波信號。
兩種方式都有各自的優缺點。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。自主產生式則規避了存儲回放式的上述缺點，但對如帶寬、脈寬等波形的變化必須依靠產品提供信息，靈活性有所欠缺。
本文論述一種自主產生式的雷達回波模擬器中頻部分的設計實現方法，該模擬器可產生脈沖單頻、脈沖線性調頻、步進頻、步進頻+線性調頻等多種波形的雷達回波信號，并可產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、脈沖線性調頻、步進頻、步進頻+線性調頻共四種波形的信號。其中，步進頻又包括順序步進頻和隨機步進頻兩種類型。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數；i表示相參幀內的第幾個脈沖；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為脈沖間最小步進頻差；bi△f為第i個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為線性調頻波形時的脈內調頻變化率(非脈內線性調頻則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，無論上述何種波形，均可根據式(1)計算脈沖的延時、每個脈沖的脈內初相、以及每個脈沖的載頻等參數，并對這些參數在與產品同步的基礎上予以實時控制來進行模擬實現。根據發射波形，還要決定是否添加脈內頻率線性調制。