頻率步進雷達系統的仿真與測試其實那么復雜

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；使用跳頻實現高分辨率和高信噪比。憑借高分辨率和低成本的優勢，頻率步進雷達現已廣泛應用于商業與航空航天/國防(A/D)領域。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。它可幫助設計人員精確設計、驗證和測試真實環境中的SFR系統，因此，它是設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(最左側圖像)所示的脈沖雷達波形為例進行說明。

圖1：左側是脈沖雷達波形，右側的圖像為SFR波形。

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

其中，c 等于光速。

假設脈寬τ=0.25us，脈沖重復間隔T=10us，那么距離分辨率Rs=37.5m。要實現小于1m的分辨率，根據式(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，新系統帶寬將比原始系統帶寬寬250ns/3.9ns=64倍。

為了實現0.58m的高分辨率，同時不縮短脈沖持續時間，可以使用SFR。如圖1所示，頻率步進雷達以固定的脈沖重復頻率(而非固定的雷達頻率)發射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。

假設使用N次步進的頻率，脈寬和脈沖重復仍然是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果將為：

從結果中顯然可以看出，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設計與測試平臺

在SFR雷達中，雜波將會干擾目標探測，增加發現實際數量目標的難度，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，所以仿真成為關鍵，就像使用平臺解決方案仿真真實環境中的SFR系統一樣。該平臺還可用于對SFR系統進行驗證和測試。配有測試環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計、驗證和測試SFR系統，下面提供了一個SFR設計模板。工程師可以為自有系統定制SFR設計模板，然后在平臺中運行仿真，以測試設計的性能。當設計仿真與測試設備結合使用時，仿真平臺也可充當測試平臺，對SFR元器件硬件進行測試。例如在設計SFR系統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

以圖2所示的基本SFR設計為例。在信號發生器中，SFR信號源后面是射頻調制器，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電子系統級設計平臺執行此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。展開相位也符合預期。此外，仿真顯示SFR接收機運行良好。