■ 田增 羅璇/江蘇金陵機械制造總廠

0 引言

在現代戰(zhàn)爭中,雷達系統(tǒng)面臨著低空、超低空突防,反輻射導彈、綜合電子干擾等多方威脅。因此,為了提高雷達性能,在地面進行機載雷達系統(tǒng)維護或測試時,必須配置功能完善的檢測設備,而測試的前提是提供該型雷達的目標模擬器。脈沖多普勒機載火控雷達不同于其他類型的脈沖體制雷達,要求生成的回波信號與雷達信號必須保持嚴格相參關系,其特點如下。

1) 工作在相參系統(tǒng)。對目標模擬器的回波信號質量要求高（即高純度的頻譜特性）,而且應嚴格保持相參性。

2) 工作波形復雜。模擬生成的回波信號應完全與其波形特征相適應。

3) 技戰(zhàn)術指標精度高。在判別距離模糊和速度模糊的情況下,對距離、方位和速度有很高的測量精度。

1 常用工作方式

1.1 外場工作

當目標模擬器進行外場聯調時,為能適應雷達的不同工作狀態(tài),通過空間輻射獲取雷達RF脈沖信號,并以應答方式產生回波信號,檢查雷達的工作狀態(tài)。測試原理框圖如圖1所示。

1.2 內場工作

當目標模擬器在試驗室條件下（暗室內）使用時,采用RF注入方式獲得雷達射頻信號,用于檢測各系統(tǒng)的相關指標。在計算機軟件控制下,生成實時回波信號,對雷達進行檢測,確保雷達在地面預調達到正常工作。

2 設計方案

圖1 外場測試原理圖

圖2 模擬器組成框圖

目標模擬器主要為機載PD雷達的測試提供回波激勵信號,包括目標及干擾。通過1553B雷達內總線接收雷達的狀態(tài)數據,實時產生目標回波、干擾信號、信標及敵我識別信號。本設計方案的目標模擬器主要由主控計算機、控制分機、本振源分機、微波分機、目標分機、收發(fā)天線單元等幾部分組成,系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.1 控制分機

控制分機的原理框圖如圖3所示,主要由雙口存儲器、目標控制單元、距離產生器、幅度控制器、頻移控制器及頻綜控制器等組成。

主控計算機通過雙口存儲器發(fā)送指令給目標控制單元,目標控制單元根據指令要求將命令發(fā)送給相應的頻移控制器、距離產生器等模塊,產生回波目標/干擾信號的各項參數,使系統(tǒng)的模擬功能更為豐富、更加靈活,也提高了系統(tǒng)工作的可靠性。同時,控制單元還對機內頻率源、信標進行參數控制?？诖鎯ζ鱽韨魉汀ｋp口存儲器的容量為32k×8bit,存儲速率為40MHz。

圖3 控制分機原理框圖

2） 目標控制單元

對雙口存儲器和系統(tǒng)控制單元送來的命令碼進行譯碼、格式轉換,并將這些命令和參數實時送往對

1）雙口存儲器

用于收發(fā)計算機和接口控制分機的交聯信息,用戶通過計算機界面輸入的目標參數信息和控制信息都經過雙應的控制器。

3） 幅度控制器

根據目標控制單元的指令,對運動目標幅度進行實時控制,可滿足1/R4的距離衰減要求。幅度控制器使用12位D/A,轉換速率為1MHz。

4） 精密寬帶頻綜控制器

根據目標控制單元的指令,對頻率綜合器進行實時控制,使本機調諧在與雷達相對應的工作頻率上。

5） 距離產生器

根據目標控制單元的指令,對數字延時線進行實時控制。由于采用了20MHz時鐘頻率,距離分辨率可達到7.5m。

6） 多普勒頻移控制器

根據目標控制單元的指令,對Fd發(fā)生器進行實時控制,使DDS產生的多普勒頻移能在0～1MHz范圍內使用。

7） 信標控制器

目標模擬器通過1553B總線接收雷達數據,按RDR命令產生相應代碼的脈沖編碼BCN,編碼可由軟件設定。

圖4 本振源分機原理框圖

2.2 本振源分機

本振源分機的原理框圖如圖4所示。該分機主要是產生目標模擬器所需的各基準信號及本振信號,其頻率點可由軟件控制,經上/下變頻后與雷達工作頻率點相對應。同時,使用本振源分機還可模擬出電子戰(zhàn)環(huán)境中的有源電子干擾信號,如速度欺騙干擾、距離欺騙干擾、多普勒閃爍等。由于被測試系統(tǒng)是包括PD體制的機載雷達,故該本振源分機產生的信號與被測試系統(tǒng)應該是相參的。

圖5 限幅放大衰減組件原理框圖

圖6 下變頻組件原理框圖

本振源分機主要采用了微波固態(tài)器件、高精度頻率綜合器、數字微波鎖相環(huán)、高速數字器件及模塊化結構設計等通用化的硬件系統(tǒng)設計,以及計算機圖形界面、結構化程序、模型數據庫等軟件系統(tǒng)設計。

1） 本振源部分：采用恒溫晶體源鎖相倍頻技術產生微波寬帶數控頻率源,模塊設計。

2） 中頻部分：采用高速專用數字集成電路組合,自帶微處理器模塊。各功能相同的模塊是通用的。

3） 射頻部分：采用全微波固態(tài)器件,模塊化的結構。各功能相同的模塊是通用的,可靈活地組成試驗系統(tǒng),較易進行改變,并可根據特殊要求擴展使用,以滿足實際需要。

4） 計算機接口部分：采用高速邏輯控制技術及大規(guī)模集成電路設計,提高了接口的可靠性。

5） 控制軟件：采用結構化設計、專用接口協議,可自檢,具有優(yōu)良的擴展和維護性。

2.3 微波分機

來自機載雷達的RF信號經過微波接收通道兩次下變頻后變成適合處理的中頻信號,通過中頻處理器后疊加目標多普勒頻率,目標多普勒頻率可疊加速度拖引信號、多普勒頻率閃爍干擾信號等。這一信號經過數字儲頻器儲存一定時間后形成延遲,并經幅度電平處理電路,得到具有一定幅度變化規(guī)律的延遲中頻信號,幅度變化規(guī)律是由距離、目標RCS等因素的變化帶來的,此信號通過微波發(fā)射通道的兩次上變頻后形成RF發(fā)射信號發(fā)射給雷達。

微波分機包括一個微波接收通道、三個微波發(fā)射通道、功率合成等幾個部分。

1) 微波接收通道

微波接收通道包括限幅放大衰減組件和下變頻組件。

a.限幅放大衰減組件

限幅放大衰減組件將接收到的雷達RF信號幅度調整到適合下變頻組件工作的幅度,其原理如圖5所示。

寬帶限幅器的作用是,當輸入的RF信號幅度大于0dBm時將幅度限制在0dBm,當輸入的RF信號幅度小于0dBm時輸出幅度不變化。這樣做的好處是防止大信號燒壞接收通道。

寬帶隔離器是使輸入信號只沿著一個方向傳輸,以免產生不必要的干擾。

寬帶低噪聲放大器和寬帶程控衰減器是將輸出幅度調整到適合下變頻組件工作的幅度,即只要外界輸入信號幅度達到微波接收通道可調整的范圍,目標模擬器即可正常工作,也就是擴大了下變頻組件的工作范圍。

b.下變頻組件

下變頻組件的功能是將RF信號通過二次變頻變換為中頻處理的頻率,其原理框圖如圖6所示。

RF信號首先通過隔離器輸入到寬帶微波混頻器的RF端,與來自本振源分機的LO1信號進行混頻產生豐富的組合頻率,則可通過濾波器濾出所需要的高中頻信號。由于混頻器存在8dB左右的變頻損耗,濾波器存在3dB左右的濾波插損,因此需要由低噪聲放大器對損失的幅度進行補償,放大器的增益約為11dB。

高中頻信號經過混頻器與來自本振源分機的LO2信號再進行一次混頻、濾波、放大、功分、耦合后,得到所需要的幅度約為0dBm的兩路IF信號以及一路監(jiān)測信號。

2） 微波發(fā)射通道

微波發(fā)射通道包括上變頻組件和幅度調整組件。

a. 上變頻組件

該組件的功能是將來自中頻分機和干擾分機的信號通過二次變頻變換為微波發(fā)射通道要發(fā)射的頻率,其原理框圖如圖7所示。

上變頻組件與下變頻組件是一對功能相反的組件。來自兩個中頻分機、一個干擾分機的中頻信號合成后,耦合一路作為監(jiān)測,主路信號與來自本振源分機的LO2信號進行第一次混頻,經濾波、放大后得到高中頻信號,此信號再與LO1信號進行混頻、濾波、放大后得到與雷達發(fā)射信號頻率相同的RF信號。在設計過程中,放大器的配置與下變頻組件的設計一樣,也是用來補償因混頻和濾波帶來的幅度損失。

圖7 上變頻組件原理圖

圖8 幅度調整組件

圖9 目標分機原理框圖

在混頻得到高中頻信號時,由于需要濾出的信號與LO2信號非常接近,所以對濾波器的指標要求比較高。采用矩形系數非常抖的濾波器可以很好地濾出所需信號,同時又將不需要的諧波、雜散等信號抑制到最低。

b. 幅度調整組件

該組件是將上變頻組件的輸出信號幅度調整到目標模擬器所需要的發(fā)射幅度上,其原理框圖如圖8所示。寬帶隔離器是為了防止放大的信號倒流,寬帶程控衰減器和寬帶功率放大器則是為了調整信號幅度,寬帶限幅器是為了防止大信號倒灌燒壞發(fā)射通道。

3） 功率合成組件

該組件的主要功能是將目標信號、信標信號、外加干擾信號疊加在一起,使回波信號同時具有這些信息。

2.4 目標分機

目標分機的技術指標是決定目標模擬器性能的關鍵部分,為此從原理及實施方案上進行了多種比較試驗。目前采用先進的直接數字合成技術（DDS）和數字射頻存儲技術（DRFM）形成目標分機,使目標模擬器采用數字方式生成目標信號,既與雷達信號保持相參特性,又為計算機控制目標的運動參數創(chuàng)造了有利條件。

如圖9所示,目標模擬器的單套目標分機是由大動態(tài)數字衰減組件、數字延時組件、Fd發(fā)生器等組成,系統(tǒng)在中頻完成目標參數的生成、有關的距離變化、運動速度和信號強度的控制等。

DDS技術是近幾年來發(fā)展迅速的一種頻率合成技術,全數字化結構賦予其輸出頻率帶寬、頻率轉換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、易集成等優(yōu)點。頻率、相位和工作模式控制由一個與微處理器兼容的接口來進行,可選用8位并行口或串行口來控制。頻率相位寄存器存放的是固定頻率所對應的相位增量,包括Fd頻率在內,調相增量寄存器存放的是相位調制增量值,兩者經相位累加器相加,再查表得到數字調相信號,經D/A、低通得到中頻調相輸出信號。

3 結束語

針對PD雷達系統(tǒng)目標信號模擬技術的需求,在本方案中采用了高速數字存儲技術、數字處理技術、寬帶微波器件及數字直接合成技術。特別是開發(fā)了DDS和DRFM模塊,以及微波頻率合成源模塊和多重變頻技術,該目標模擬器結構緊湊、控制靈活,能夠滿足多型PD雷達的測試需求。

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