馬　可

(西安電子工程研究所　西安　710100)

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通用儀表在雷達(dá)試驗(yàn)中的應(yīng)用*

馬可

(西安電子工程研究所西安710100)

摘要介紹了利用任意波形發(fā)生器N8242A和矢量信號(hào)源E8267D在雷達(dá)試驗(yàn)中的應(yīng)用方法。先通過(guò)N8242A產(chǎn)生I、Q兩路模擬基帶信號(hào)，再利用E8267D調(diào)制到所需頻段。對(duì)于超大帶寬信號(hào)，可以通過(guò)加裝倍頻器來(lái)產(chǎn)生。以線性調(diào)頻信號(hào)為例，給出了產(chǎn)生Ka波段帶寬為250MHz和1GHz線性調(diào)頻信號(hào)的具體步驟和方法。最后介紹了通用儀表在雷達(dá)試驗(yàn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)室方法，并說(shuō)明了幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞任意波形發(fā)生器; 矢量信號(hào)源; 雷達(dá)試驗(yàn)

Class NumberTN95

1引言

近年來(lái)，隨著精確制導(dǎo)武器和反輻射導(dǎo)彈的發(fā)展，傳統(tǒng)雷達(dá)遭遇到毀滅性威脅的概率增大。反輻射導(dǎo)彈通過(guò)截獲目標(biāo)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)鎖定目標(biāo)位置，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行摧毀。通過(guò)設(shè)計(jì)一種低截獲概率(Low Probability of Intercept, LPI)雷達(dá)[1～2]，防止發(fā)射信號(hào)被截獲、檢測(cè)和識(shí)別，就可以使雷達(dá)免遭反輻射導(dǎo)彈的毀傷。日益嚴(yán)峻的威脅使得LPI雷達(dá)的研制必須在有限時(shí)間內(nèi)完成。這就需要方便快捷地產(chǎn)生各類(lèi)LPI雷達(dá)信號(hào)以及時(shí)完成各類(lèi)性能測(cè)試。

雷達(dá)試驗(yàn)方法通常有四種:專(zhuān)用雷達(dá)目標(biāo)模擬器、虛擬作戰(zhàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)、實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)和通用儀表測(cè)試。專(zhuān)用雷達(dá)目標(biāo)模擬器是針對(duì)具體雷達(dá)系統(tǒng)研制的，其通用性和擴(kuò)展性較差，實(shí)現(xiàn)成本較高。虛擬和實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)可以真實(shí)地測(cè)試出雷達(dá)系統(tǒng)的工作性能，但是其針對(duì)性很強(qiáng)，需要耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)成本非常高。采用通用儀表測(cè)試可以模擬各類(lèi)復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)，這種方法擴(kuò)展性能好、通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間短而且成本低[3]。

安捷倫公司的矢量信號(hào)源E8267D可以方便地模擬帶寬小于80MHz的各類(lèi)雷達(dá)信號(hào)[4]，但是對(duì)于產(chǎn)生更大帶寬的雷達(dá)信號(hào)必須增加相應(yīng)功能模塊。本文通過(guò)任意波形發(fā)生器N8242A產(chǎn)生基帶I/Q信號(hào)，再利用E8267D的I/Q調(diào)制功能將其混頻到所需頻段的方法產(chǎn)生大帶寬調(diào)頻信號(hào)，以便捷地產(chǎn)生各類(lèi)LPI信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

2通用儀表介紹

安捷倫公司的任意波形發(fā)生器N8242A具有1.25GHz或625MHz的采樣率，可以利用自帶軟件和Matlab生產(chǎn)高保真復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)[5]。當(dāng)與寬帶I/Q上變頻器連用時(shí)，它可以在微波頻率上實(shí)現(xiàn)1GHz調(diào)制帶寬(1.25G采樣率)或500MHz調(diào)制帶寬(625M采樣率)。

安捷倫公司的矢量信號(hào)源E8267D覆蓋250kHz～44GHz的頻率范圍，輸出功率可以達(dá)到23dBm典型值，相位噪聲為-120dBc/Hz典型值，可以產(chǎn)生各類(lèi)數(shù)字和模擬調(diào)制，并具有80MHz射頻帶寬的內(nèi)置基帶發(fā)生器，同時(shí)還具有外部模擬I/Q輸入功能[6]。

利用任意波形發(fā)生器N8242A產(chǎn)生基帶調(diào)制信號(hào)，通過(guò)模擬I/Q輸出到矢量信號(hào)源E8267D的外部模擬I/Q輸入端，選擇好輸出功率和頻段并將E8267D設(shè)置為調(diào)制模式，就可將大帶寬調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)輸出到所需的頻段上。但是，沒(méi)有加裝相應(yīng)寬帶外部I/Q輸入功能模塊的E8267D只能輸入單邊200M帶寬的模擬信號(hào)。所以，如果需要產(chǎn)生超寬帶信號(hào)，可以購(gòu)買(mǎi)寬帶外部I/Q輸入模塊或者利用在E8267D輸出端加裝倍頻器的方法產(chǎn)生。

3信號(hào)模擬

基帶信號(hào)的模擬是通過(guò)Matlab軟件編寫(xiě)所需信號(hào)程序，并生成安捷倫軟件所需的bin文件。這種方法簡(jiǎn)單直觀，只需列出所需基帶信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并用任意波形發(fā)生器的采樣率對(duì)其進(jìn)行采樣即可。下面以線性調(diào)頻信號(hào)為例，分別介紹模擬帶寬250MHz和1GHz信號(hào)的方法。本文采用的通用儀表具體型號(hào)為N8242A 625MS/s和E8267D OPT H44。在模擬信號(hào)前應(yīng)在計(jì)算機(jī)中安裝安捷倫公司的Control Utility軟件。

3.1Ka波段帶寬250MHz的線性調(diào)頻信號(hào)

用Matlab編寫(xiě)帶寬250MHz的線性調(diào)頻信號(hào)，并利用安捷倫公司自帶的函數(shù)生成相應(yīng)bin文件，程序?yàn)?/p>

clear all; close all; clc;

fs = 625e6;%N8242A的采樣頻率

T = 500e-6;%調(diào)頻時(shí)長(zhǎng)

B = 250e6;%帶寬

t = 0:1/fs:(T-1/fs);

u = -B/T;%調(diào)頻斜率

ft2 = exp(1i*2*pi*B/2*t + 1i*pi*u*(t.^2));%信號(hào)形式

ft2 = ft2(1:312496);%信號(hào)點(diǎn)數(shù)為8的整數(shù)倍

ft2i = real(ft2);%信號(hào)i路

ft2q = imag(ft2);%信號(hào)q路

agt_awg_savebin(′B250_2i′,ft2i);% 產(chǎn)生i路信號(hào)bin文件

agt_awg_savebin(′B250_2q′,ft2q);% 產(chǎn)生q路信號(hào)bin文件

上述程序中函數(shù)agt_awg_savebin(*)為Control Utility自帶的Matlab函數(shù)，它將所寫(xiě)信號(hào)轉(zhuǎn)換為*.bin文件，并要求信號(hào)點(diǎn)數(shù)必須為8的整數(shù)倍。程序中信號(hào)取前312496個(gè)點(diǎn)，N8242A最多支持8388608個(gè)采樣點(diǎn)。程序中信號(hào)頻率是由B/2調(diào)制到-B/2，這是因?yàn)镋8267D的單邊帶寬只有200M，如果從信號(hào)頻率由B=250MHz調(diào)制到0，會(huì)導(dǎo)致200M以上的頻率被濾波器濾掉。程序運(yùn)行后，會(huì)在對(duì)應(yīng)的文件夾中生成B250_2i.bin和B250_2q.bin兩個(gè)文件。

圖1　Control Utility軟件連接界面

用網(wǎng)線連接計(jì)算機(jī)與N8242A，設(shè)置相應(yīng)IP地址，打開(kāi)Control Utility軟件，如圖1所示。

圖2　Control Utility軟件設(shè)置界面

點(diǎn)擊“OK”按鈕，進(jìn)入Control Utility界面，在Channel1 Waveform和Channel2 Waveform中分別選擇B250_2i.bin和B250_2q.bin文件。并在右側(cè)Output對(duì)話框中通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇導(dǎo)通電路。將兩路全部導(dǎo)通后，在Play Mode中選擇Continuous，如圖2所示。點(diǎn)擊“Play”按鈕后就可以產(chǎn)生基帶調(diào)頻信號(hào)。

在Control Utility軟件中，Clock選項(xiàng)可以選擇參考時(shí)鐘，Triggers選項(xiàng)可以設(shè)置各類(lèi)觸發(fā)。如果需要設(shè)置上升沿觸發(fā)，可以將觸發(fā)信號(hào)通過(guò)電纜連接至Triggers輸入口，并在Control Utility軟件中右側(cè)Triggers選項(xiàng)內(nèi)Start中選擇相應(yīng)輸入口，根據(jù)需要在Play Mode中選擇輸出連續(xù)波(選擇Continuous)，或者每次觸發(fā)輸出n次波形(選擇Burst，并在Count選項(xiàng)中選擇輸出次數(shù)n)。在Triggers選項(xiàng)內(nèi)通過(guò)選擇DELAY框內(nèi)時(shí)延大小(單位為ns)還可以調(diào)整觸發(fā)到輸出信號(hào)的時(shí)延。如圖3所示。

圖3　Control Utility軟件設(shè)置界面

將N8242A面板上CH1 OUT+和CH2 OUT+輸出端通過(guò)電纜連接至E8267D面板上INPUT的I端和Q端上。并在E8267D面板上“I/Q”和“Mux”選單內(nèi)設(shè)置好相應(yīng)輸出模式，同時(shí)將Mod選擇為on。選擇輸出信號(hào)頻率和功率，將Rf選擇為on后即可輸出所需信號(hào)。本文選擇中心頻率為35GHz的載波信號(hào)，將N8242A產(chǎn)生的基帶信號(hào)通過(guò)E8267D加載到35GHz上，輸出后連接頻譜分析儀，如圖4所示。

圖4　Center 35GHz, Span 500MHz

圖4中可以看出，頻譜分析儀中心頻率為35GHz，Span為500MHz，所生成的信號(hào)帶寬是250MHz，掃頻范圍為35G-125MHz～35G+125MHz。

3.2Ka波段帶寬1GHz的線性調(diào)頻信號(hào)

帶寬1GHz的線性調(diào)頻信號(hào)已經(jīng)超過(guò)E8267D的帶寬限制，不能直接通過(guò)基帶信號(hào)混頻得到。利用倍頻器，可以將較低頻段較小帶寬的信號(hào)倍頻到所需的頻帶和帶寬。那么通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)較低頻段帶寬為250MHz的信號(hào)，經(jīng)過(guò)四倍頻就可以得到Ka波段帶寬為1GHz的線性調(diào)頻信號(hào)。

利用上節(jié)中的方法產(chǎn)生一個(gè)中心頻率為8.75GHz帶寬為250MHz的線性調(diào)頻信號(hào)，E8267D的輸出信號(hào)連接到頻譜分析儀上，如圖5所示。

圖5　Center 8.75GHz, Span 500MHz

將E8267D輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)四倍頻器，就可以輸出一個(gè)中心頻率為35GHz帶寬為1GHz的線性調(diào)頻信號(hào)，連接得到頻譜分析儀上，如圖6所示。

圖6　Center 35GHz, Span 2GHz

由于倍頻器為有源器件，E8267D輸出的信號(hào)應(yīng)滿(mǎn)足倍頻器輸入信號(hào)最低功率的要求，而且要注意經(jīng)過(guò)倍頻器輸出的信號(hào)功率不是E8267D面板上顯示的功率。

3.3信號(hào)產(chǎn)生步驟總結(jié)

利用通用儀表產(chǎn)生大帶寬線性調(diào)頻信號(hào)的步驟可以總結(jié)如下:

1) 通過(guò)網(wǎng)線連接計(jì)算機(jī)和任意波形發(fā)生器N8242A，通過(guò)電纜連接N8242A和E8267D；

2) 用Matlab軟件編寫(xiě)點(diǎn)數(shù)為8的整數(shù)倍的調(diào)頻信號(hào)，并利用安捷倫自帶函數(shù)生成相應(yīng)信號(hào)I/Q兩路*.bin文件；

3) 在Control Utility軟件中選擇I/Q兩路*.bin文件，并設(shè)置相應(yīng)觸發(fā)和時(shí)鐘；

4) 在E8267D中設(shè)置所需載波信號(hào)的頻率和功率，設(shè)置I/Q模式；

5) 點(diǎn)擊Control Utility軟件的“Play”按鈕，打開(kāi)E8267D中的Mod和Rf開(kāi)關(guān)；

6) 利用倍頻器時(shí)，應(yīng)根據(jù)所需信號(hào)頻段和帶寬產(chǎn)生倍頻前的信號(hào)。

4實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法

線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)是一種LPI雷達(dá)，其具有峰值功率低、時(shí)寬帶寬積大、測(cè)距測(cè)速精度高、無(wú)近距離盲區(qū)、體積小易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)[7～8]。以某超近程連續(xù)波雷達(dá)[9～10]試驗(yàn)為例，介紹其利用通用儀表在實(shí)驗(yàn)室中的具體試驗(yàn)方法。在實(shí)驗(yàn)室中，雷達(dá)與通用儀表的架設(shè)關(guān)系如圖7所示。

圖7　雷達(dá)與通用儀表架設(shè)

雷達(dá)設(shè)備與通用儀表在實(shí)驗(yàn)室中相隔一定距離，通用儀表與天線利用射頻電纜相連接。從雷達(dá)輸出的同步參考信號(hào)10MHz用BNC插頭的電纜連接至E8267D的“10MHz IN”插座，從雷達(dá)輸出的觸發(fā)信號(hào)連接至N8242A的“TRIGGER”插座。并將E8267D的“10MHz OUT”連接至N8242A的“AUX 10MHz REF IN”。

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，雷達(dá)開(kāi)機(jī)，將用第3節(jié)方法寫(xiě)好的測(cè)試信號(hào)由儀表產(chǎn)生。通過(guò)天線將信號(hào)向雷達(dá)輻射。這樣通過(guò)控制儀表產(chǎn)生不同頻率、幅度、延時(shí)，可以模擬各種狀態(tài)下的目標(biāo)回波，以對(duì)雷達(dá)性能進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1) 基帶信號(hào)只需寫(xiě)一個(gè)周期，并在周期后部將信號(hào)空置若干零點(diǎn)。因?yàn)槊恐芷诘男盘?hào)均由觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)周期與基帶信號(hào)周期完全相同時(shí)，有時(shí)會(huì)使相鄰的周期無(wú)法被觸發(fā)，所以應(yīng)該使基帶信號(hào)周期略小于觸發(fā)信號(hào)周期(基帶信號(hào)尾部置零)，這樣就可以使基帶信號(hào)每周期都觸發(fā)上。

2) 同步參考信號(hào)10MHz連接好時(shí)，E8267D的顯示板上會(huì)顯示“EXT REF”，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意此標(biāo)識(shí)是否存在。因?yàn)槿绻?0MHz信號(hào)沒(méi)有連接好，會(huì)導(dǎo)致E8267D輸出的信號(hào)頻率與雷達(dá)的信號(hào)頻率有略微的差異，影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

3) 通用儀表由天線輸出信號(hào)，應(yīng)保證此天線的極化方式與被測(cè)雷達(dá)天線的極化方式相同。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)使用N8242A和E8267D產(chǎn)生帶寬為250MHz和1GHz線性調(diào)頻信號(hào)的兩個(gè)具體實(shí)例，給出了通用儀表產(chǎn)生超寬帶線性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)的具體步驟和方法。通過(guò)Matlab編寫(xiě)基帶信號(hào)，可以產(chǎn)生不局限于線性調(diào)頻的各類(lèi)LPI信號(hào)。這種方法擴(kuò)展性能好、通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間短且成本低。并在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法中給出通用儀表在雷達(dá)試驗(yàn)中的具體使用方法，并結(jié)合作者在試驗(yàn)時(shí)遇到的問(wèn)題給出了幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。希望可以為今后的雷達(dá)試驗(yàn)提供一些參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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Application of Common Instruments in Radar Experiment

MA Ke

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an710100)

AbstractThe application method of using arbitrary waveform generator N8242A and vector signal in radar test is introduced. Firstly, I path and Q path baseband signals are generated by N8242A, then E8267D is utilized to modulate the frequency in what you want. It can generate an ultra-wide band signal by adding frequency doubles. Taking the linear frequency modulation signal as an example, a method and detail steps for generating 250MHz and 1GHz bandwidth LFM signals in Ka band are provided. At the end of the paper, the laboratory method of common instrument is introduced, and some points for attention are explained.

Key Wordsarbitrary waveform generator, vector signal generator, radar experiment

* 收稿日期：2015年11月10日,修回日期：2015年12月20日

基金項(xiàng)目：武器裝備預(yù)先研究基金資助項(xiàng)目(40405060201)資助。

作者簡(jiǎn)介：馬可，男，碩士，工程師,研究方向：雷達(dá)總體設(shè)計(jì)。

中圖分類(lèi)號(hào)TN95

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.035