【摘 要】 運用雷達信號模擬技術(shù)，研制了指令制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)用目標(biāo)模擬系統(tǒng)。闡述了模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、收發(fā)模塊及基于數(shù)字儲頻技術(shù)的信號模擬模塊硬件設(shè)計方法，構(gòu)建出適用于指令制導(dǎo)武器完整作戰(zhàn)過程的雷達信號模擬系統(tǒng)。建立了指令制導(dǎo)武器系統(tǒng)多頻段雷達回波信號幅度、結(jié)構(gòu)、多普勒頻率等參數(shù)模型。

　　【關(guān)鍵詞】 高級工程師論文,制導(dǎo)雷達,回波模擬器,DRFM,FPGA

　　雷達回波信號模擬器廣泛應(yīng)用于雷達調(diào)試、試驗及雷達對抗等領(lǐng)域，能夠逼真模擬雷達信號替代實際回波。本文基于DRFM技術(shù)設(shè)計一種雷達回波模擬器，用于模擬指令制導(dǎo)導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)過程中相關(guān)雷達信號，通過接收搜索警戒雷達、跟蹤制導(dǎo)雷達等的輻射信號，經(jīng)過存儲和分析，變換和轉(zhuǎn)發(fā)，模擬搜索警戒雷達、跟蹤制導(dǎo)雷達，導(dǎo)彈制導(dǎo)指令等不同頻率回波信號，代替實際配合目標(biāo)，保障武器系統(tǒng)完成從搜索、目指、跟蹤制導(dǎo)全過程。

　　1 硬件設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　模擬器采用數(shù)字射頻存儲器(Data Radio Frequency Memory，DRFM)+上位機結(jié)構(gòu)。主要由DRFM單元、接收機、發(fā)射機、頻率綜合器、收發(fā)天線及上位機(CPU板)組成，如圖1所示。

　　模擬器接收天線接收雷達輻射的射頻信號送入接收機，射頻信號經(jīng)放大、下變頻，轉(zhuǎn)化為中頻信號由DRFM進行采集、存儲，按要求生成目標(biāo)和雜波信號，并調(diào)制到數(shù)字中頻信號上，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬中頻信號，送發(fā)射機;發(fā)射機進行上變頻，將中頻信號轉(zhuǎn)換為射頻信號，經(jīng)發(fā)射天線向空間輻射，供相應(yīng)雷達接收。為了保證模擬器接收信號的頻率與發(fā)射信號的頻率一致，需要高穩(wěn)定度的頻率合成器及為發(fā)射機和接收機提供上變頻和下變頻所需的本振信號。

　　1.2 收發(fā)模塊設(shè)計

　　收、發(fā)模塊分別集成于一塊6U插板。接收模塊由寬帶射頻模塊、射頻下變頻模塊和中頻下變頻模塊構(gòu)成，如圖2所示。實現(xiàn)接收雷達發(fā)射的寬帶射頻信號，進行濾波、增益控制和放大。信號分兩路，一路由對數(shù)檢波放大器檢出雷達射頻脈沖，并與檢波電平信號進行比較，生成視頻檢波信號，作為DRFM的同步信號;另一路轉(zhuǎn)換為中頻信號，經(jīng)低通濾波后送給DRFM處理。

　　發(fā)射模塊由中頻上變頻模塊、寬帶射頻上變頻模塊和寬帶功放模塊構(gòu)成，如圖3所示。發(fā)射機采用基于微波單片集成電路(MMIC)多級放大式設(shè)計方案，可實現(xiàn)發(fā)射機發(fā)射波形調(diào)制方式及脈沖頻率多樣、功率控制靈活，具有將DRFM輸出的信號經(jīng)混頻、放大和幅度控制，形成最終的段寬帶射頻信號，經(jīng)發(fā)射天線輻射到空間功能。

　　1.3 數(shù)字射頻存儲模塊設(shè)計

　　數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是一種可儲存任意射頻信號，并在延遲可編程時間后精確輸出的存儲設(shè)備。數(shù)字儲頻具有瞬時帶寬處理能力，存儲頻率精度高，信號相位信息不丟失，保真度好，存儲時間不受限制，連續(xù)復(fù)制的信號與原雷達信號完全一致，能逼真模擬多普勒信號和脈沖壓縮信號。

　　DRFM單元是該模擬器的核心，它存儲、重構(gòu)雷達中頻信號，是產(chǎn)生各種目標(biāo)運動回波和雜波的基礎(chǔ)。DRFM由模/數(shù)(A/D)變換采樣、數(shù)字下變頻(DDC)、數(shù)據(jù)存儲器、信號處理器、數(shù)字上變頻(DUC)、數(shù)模(D/A)變換以及輸入/輸出接口電路組成，如圖4所示。A/D采樣轉(zhuǎn)換將輸入信號變成數(shù)字信號，完成中頻信號數(shù)字化過程。DDC單元實現(xiàn)數(shù)字中頻信號的下變頻、數(shù)據(jù)抽取、低通濾波，輸出I/Q正交數(shù)字信號。數(shù)字上變頻(DUC)單元實現(xiàn)I/Q正交數(shù)字基帶信號的低通濾波、數(shù)據(jù)插值、正交上變頻到數(shù)字中頻信號。D/A轉(zhuǎn)換器將模擬的中頻數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為中頻模擬信號，輸入發(fā)射機。FPGA為信號處理器，對目標(biāo)信號、二次反射信號進行多普勒頻移、距離延遲處理和幅度的調(diào)制，對雜波進行功率譜和距離延遲調(diào)制，形成雷達回波信號。

　　2 雷達回波信號模型

　　雷達回波的特性參數(shù)包括目標(biāo)距離、回波幅度、幅度起伏、多普勒頻移等。模擬器模擬的回波形式為數(shù)字回波，其可根據(jù)模型生成的數(shù)據(jù)或使用實采信號生成。實采回波的準(zhǔn)確度由回波采集器的精度和準(zhǔn)確度決定;模擬的數(shù)字回波的準(zhǔn)確度由目標(biāo)模型和環(huán)境模型的選擇決定。本系統(tǒng)模擬信號為由上位機根據(jù)下述模型計算產(chǎn)生數(shù)字回波。目標(biāo)距離的模擬由設(shè)定的目標(biāo)進入距離、運動速度和方向以及雷達工作時間的變化計算產(chǎn)生，回波幅度的模擬要根據(jù)距離方程和目標(biāo)散射截面的變化計算產(chǎn)生，多普勒頻率的模擬主要體現(xiàn)在目標(biāo)回波的相位變化。

　　3 設(shè)計中的注意事項

　　為實現(xiàn)設(shè)備的便攜性要求，需將系統(tǒng)將高頻、中頻信號集成于一塊插板，多種頻段雷達信號集中于一個工控機箱內(nèi)處理，為保證系統(tǒng)正常工作，需要考慮電磁兼容、散熱等設(shè)計。

　　3.1 電磁兼容特性設(shè)計

　　高、中、低頻信號相互交錯，高速PCB布線的不合理，相互之間會產(chǎn)生較大干擾，影響系統(tǒng)的電磁兼容特性，在設(shè)計中應(yīng)重點考慮。器件的選用應(yīng)充分考慮各自的輸入輸出信號、工作頻率等。DRFM中高性能A/D變換器的電磁輻射較強且易受干擾，應(yīng)使用屏蔽罩將其屏蔽，隔絕內(nèi)外信號串?dāng)_。為防止插板間干擾，高頻電路插板也應(yīng)加屏蔽罩。同時，PCB采用多層板，使用獨立的電源層和接地層，數(shù)字地、模擬地、系統(tǒng)地和屏蔽地應(yīng)分別考慮，采用多點接地和就近接地，把不同功能的地線分開。在布線方向，盡量減少電源線走線的有效包圍面積，避免長距離平行布線及導(dǎo)線夾角大于90度，避免信號產(chǎn)生反射和諧波。

　　3.2 散熱設(shè)計

　　PCB電路板中包含有大功率器件，工作過程中散熱量較大，為主要散熱器件。芯片的選擇應(yīng)盡量選用性能等級較高的系列，另外整個目標(biāo)模擬系統(tǒng)的機箱應(yīng)具有良好的散熱性，否則，熱積累到一定程度后，可能會發(fā)生溫漂，輸出數(shù)據(jù)誤差增大。

　　4 結(jié)語

　　本文對基于DRFM的制導(dǎo)雷達回波信號模擬器的總體方案設(shè)計進行了闡述。系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用了系統(tǒng)模擬的思想和模塊化設(shè)計思想，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)低成本、便攜要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計靈活，具有良好的通用性和擴展性。

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