邵 晟， 張 琦

（上海無線電設備研究所，上海200090）

0 引言

半主動雷達導引頭通過使用修正指令制導的工作方式進行遠程跟蹤，其修正指令一般采用副載波調(diào)制照射雷達直波信號的發(fā)送方式，導引頭通過直波接收機接收直波信號后解碼得到修正指令信息［1］。直波模擬信號源主要用于實驗室環(huán)境條件下，對雷達導引頭直波接收機的接收性能測試，以及為導引頭整機聯(lián)調(diào)測試時提供模擬修正制導指令。

直波模擬信號源設計研制的關鍵在于副載波調(diào)制電路的設計，而目前直波模擬信號源主要采用直接使用硬件電路構(gòu)建整個副載波調(diào)制通道電路。系統(tǒng)電路設計硬件復雜度高，硬件成本比較昂貴，且難以升級，兼容性較差。

本文所解決的技術(shù)問題是提供了一種基于數(shù)字化技術(shù)設計研制的多通道副載波調(diào)制半主動雷達導引頭直波模擬信號源的實現(xiàn)方法，解決了半主動雷達導引頭直波模擬副載波調(diào)制長期依賴硬件實現(xiàn)所產(chǎn)生的各種問題，具有小型化、兼容性強、低成本等優(yōu)點。

1 模擬信號源設計方法

1．1 直波信號形式

直波信號來自地面照射雷達的直接照射（主要來自照射器的旁瓣），由導引頭直波天線接收，其信號形式如下：

式中：K為消隱開關信號；fA為照射載頻，X波段；fd，直為直波多普勒頻率；fi為副載頻的數(shù)值；m為副載頻的個數(shù)；ai為位信息（0或1）；A（t）為平滑振幅包絡線；β0為相位調(diào)制指數(shù)。

振幅包絡信號A（t）形式為

式中：τd為時間單元長度，｜t｜≤τd／2。

直波模擬源就是用來產(chǎn)生上述直波信號，其關鍵點和難點是如何產(chǎn)生多通道副載波調(diào)制的直波中頻信號。

1．2 模擬信號源設計方案

為了改善直波模擬源的構(gòu)建復雜度、降低成本、提高直波模擬源的兼容性，采用數(shù)字化的設計方法，系統(tǒng)主要基于FPGA器件來構(gòu)建。FPGA器件通過接口控制芯片接收外部數(shù)據(jù)實現(xiàn)對模擬源功能參數(shù)設置，通過軟件編程由FPGA器件完成多通道副載波調(diào)制的數(shù)字化調(diào)制功能，F(xiàn)PGA輸出調(diào)制后的數(shù)字量化信息經(jīng)高速DAC轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，通過低通濾波器和放大器后得到直波中頻信號，直波中頻信號調(diào)制直波微波載波信號產(chǎn)生副載波調(diào)制的直波模擬信號。模擬源的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 直波模擬信號源系統(tǒng)框圖

假設照射信號副載頻調(diào)制個數(shù)m為4，副載頻的頻率間隔為60 k Hz，相位調(diào)制指數(shù)β0為1，無線電修正信息子單元周期τd為80μs，每個無線電修正信息單元包含68個子單元，所有信息碼設置如表1所示。

表1 無線電修正信息單元信息碼設置

上述情況下，F(xiàn)PGA設計原理框圖，如圖2所示。FPGA內(nèi)部設計了4個DDS核用于產(chǎn)生4路中頻副載波的單頻信號，根據(jù)信號源設計要求設置相應DDS累加器位數(shù)和數(shù)字量化輸出位數(shù)，用以保證副載波信號輸出優(yōu)良的頻譜特性。由DDS產(chǎn)生的4路副載波信號通過開關實現(xiàn)位調(diào)制后，進行和累加實現(xiàn)副載波位調(diào)制信號的功率合成，合成后調(diào)制信號由乘法器完成余弦包絡調(diào)制和幅度指數(shù)調(diào)幅，最終產(chǎn)生輸出多路副載波調(diào)制信號的數(shù)字量化信息。

圖2 副載波調(diào)制功能FPGA實現(xiàn)原理框圖

使用ModelSim軟件對上述FPGA設計方法進行時序仿真，得到多路副載波調(diào)制信號數(shù)字量化信息的仿真時序波形圖如圖3所示。由時序圖可見，無線電修正信息單元周期與子單元個數(shù)與設置的參數(shù)相符，數(shù)字信號的時域波形與實際直波信號時域波形形式一致。

圖3 直波中頻數(shù)字信號FPGA仿真時序圖

2 與傳統(tǒng)方法對比

目前，直波模擬信號源的設計一般直接使用硬件電路構(gòu)建整個副載波調(diào)制通道電路。多通道副載波調(diào)制的載波信號一般需要由多個固定點頻源構(gòu)成，調(diào)制通道后級調(diào)制器、加法器、乘法器等電路均由硬件電路設計實現(xiàn)［2］。這樣設計的直波模擬源，載波信號個數(shù)及頻率無法更改，調(diào)制算法也相對固定，升級困難，兼容性差。而且系統(tǒng)電路設計硬件復雜度高，硬件成本比較昂貴。

為了提高調(diào)制電路的兼容性，在直波模擬源設計上，目前也有載波信號采用DDS電路進行設計［3］，目的是使載波信號頻率可調(diào)，但是其調(diào)制電路還是由硬件實現(xiàn)，調(diào)制算法難以變更。

本文提出的數(shù)字化設計方法，相對于傳統(tǒng)的硬件電路構(gòu)建方法，除了具有簡化系統(tǒng)電路設計、降低了電路硬件成本的優(yōu)點，更為突出的好處是靈活性強，兼容性強，便于升級。采用數(shù)字化方法設計的直波模擬源，所有的參數(shù)及調(diào)制方式均可以通過調(diào)整FPGA程序設計靈活改變，而不需要改變硬件電路。因此，具有更強的靈活性和兼容性，可以用于不同調(diào)制方式的其他型號導引頭修正指令信號的模擬。另外，采用數(shù)字化設計方法設計的直波模擬源可以結(jié)合計算機控制技術(shù)與整個導引頭測試系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)直波模擬源各個參數(shù)的實時調(diào)整，完成對導引頭直波接收機的全面測試。

3 系統(tǒng)測試

為了驗證直波模擬源設計方案的正確性和可行性，對直波模擬源進行了測試驗證。

直波模擬源的各個參數(shù)按照1．2節(jié)所述進行設置，前3個子單元作為地址碼單元，后面65個子單元作為信息碼單元。在示波器上觀察直波中頻信號一個周期的時域波形，如圖4所示。由圖中可以測出直波信號的周期、碼寬和碼元個數(shù)等參數(shù)，對比圖3所示的FPGA時序仿真圖，結(jié)果完全一致。

圖4 一個周期的直波中頻信號

將直波模擬源與經(jīng)過檢驗合格的導引頭直波接收機進行對接。經(jīng)過直波接收機解碼后得到的結(jié)果，如圖5所示。圖中示波器1通道為直波鎖定指示，高電平表示直波鎖定；2通道為解調(diào)波門；4通道為解調(diào)信息碼；D3～D0為四個副載頻的碼信息。對比表1，解碼結(jié)果與信息碼設置完全吻合，實驗證明本文設計方法所設計的直波模擬信號源可以有效地模擬半主動導引頭無線電修正指令信號。

圖5 直波接收機解碼波形圖

4 結(jié)論

本文提出了一種利用FPGA實現(xiàn)的基于數(shù)字化技術(shù)的多通道副載波調(diào)制直波模擬信號源的設計與實現(xiàn)方法。與國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)，以及與最接近的已有技術(shù)成果相比，極大地簡化了系統(tǒng)電路設計，降低了電路硬件成本。同時，硬件系統(tǒng)具有較強的通用性，可以通過軟件實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能設置，升級方便，可完成各種不同的調(diào)制方式信號模擬功能。實驗及測試表明，該方法所設計的直波模擬源可以有效地模擬半主動導引頭的修正指令信號。

［1］ 趙賽果，王海波，王子立，李?。贔PGA實現(xiàn)直波接收機輔助捕獲電路［J］．制導與引信，2008，29（1）．

［2］ 楊佳林，吳嗣亮．多載波發(fā)射機設計與實現(xiàn)［J］．軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2006，（11）．

［3］ 馮春波，吳金，陸生禮．副載波產(chǎn)生電路的FPGA實現(xiàn)［J］．電子器件，2007，30（2）．