文/高學(xué)利

雷達(dá)目標(biāo)模擬器關(guān)鍵技術(shù)

文/高學(xué)利

早期出于軍事目的需要，誕生出來(lái)的雷達(dá)就是通過(guò)對(duì)輻射出的電磁波反射回來(lái)的信號(hào)接收處理，來(lái)獲取探索目標(biāo)的關(guān)鍵信息。但是隨著科技程度的不斷提高，現(xiàn)有的戰(zhàn)時(shí)條件并不具備這樣的環(huán)境，也沒(méi)有必要。而雷達(dá)目標(biāo)模擬器就是為了在研制更高性能的雷達(dá)設(shè)備的過(guò)程中，有效避免人力和物力的浪費(fèi)。其關(guān)鍵技術(shù)決定了研究的進(jìn)度和雷達(dá)目標(biāo)模擬器的性能。本文以雷達(dá)目標(biāo)模擬器的發(fā)展作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)雷達(dá)目標(biāo)模擬器的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)作了探討。

雷達(dá) 目標(biāo)模擬器 回波時(shí)延 強(qiáng)度

先進(jìn)的雷達(dá)是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)防實(shí)力的重要指標(biāo)。雷達(dá)的研制不同于通信技術(shù)的探索。在信號(hào)源的發(fā)射上，并不具備任何有用的目標(biāo)信息。而雷達(dá)則是體現(xiàn)在電磁波輻射到對(duì)象和目標(biāo)的調(diào)制過(guò)程中，仍然體現(xiàn)在回波的時(shí)延、強(qiáng)度因素以及速度信息等。而雷達(dá)目標(biāo)模擬器是對(duì)這些回波數(shù)據(jù)的關(guān)鍵參數(shù)以特定算法來(lái)去除干擾信息，解調(diào)出探索目標(biāo)的關(guān)鍵信息。在其關(guān)鍵技術(shù)的探索上需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)要求是非常高的。

1 雷達(dá)目標(biāo)模擬器的關(guān)鍵技術(shù)要求

（1）關(guān)鍵技術(shù)的數(shù)字化模擬途徑?，F(xiàn)有的目標(biāo)模擬技術(shù)幾乎已經(jīng)完全跨越了模擬化，向全數(shù)字化模擬器前進(jìn)。在模擬器的軟件重新分配中，以現(xiàn)有的射頻存儲(chǔ)器技術(shù)、DDS技術(shù)、光纖延時(shí)線技術(shù)以及全數(shù)字模擬器技術(shù)為代表。

（2）在中頻的發(fā)展處理上，更為優(yōu)異與顯著。中頻信號(hào)的處理發(fā)展優(yōu)勢(shì)主要來(lái)源于高速的存儲(chǔ)性能突破了傳統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)芯片的處理極限。當(dāng)然，除了速度上的表現(xiàn)外，這同樣與通信技術(shù)架構(gòu)的多輸入多輸出技術(shù)相關(guān)性，雷達(dá)的通道也實(shí)現(xiàn)為多通道的輸出。

（3）在輸出進(jìn)度和輸出能力的問(wèn)題上，需要疊加出更加有效的噪聲污染和干擾，以便于形成雷達(dá)在天線和測(cè)試距離的進(jìn)度和波束形成上在算法表現(xiàn)能力上更為明顯。這也是檢驗(yàn)高標(biāo)準(zhǔn)的雷達(dá)信號(hào)機(jī)的性能實(shí)驗(yàn)是否可行的標(biāo)準(zhǔn)之一。

（4）除了擁有高性能等輸出精度方面的指標(biāo)外，在現(xiàn)有的交互數(shù)據(jù)上，其通用性的配置與接口仍然以維護(hù)和故障檢測(cè)為重要手段。在系統(tǒng)的軟件問(wèn)題上通過(guò)算法改變來(lái)修正諸如波形變化的異常情況。

由此可以看出，現(xiàn)代的雷達(dá)目標(biāo)模擬器不在局限于傳統(tǒng)的發(fā)展，在多功能、多目標(biāo)以及高性能的發(fā)展過(guò)渡到的中頻雷達(dá)目標(biāo)模擬器上，其關(guān)鍵技術(shù)也應(yīng)該圍繞在這樣的基礎(chǔ)要求上進(jìn)行展開。

2 不同架構(gòu)的雷達(dá)目標(biāo)模擬器

2.1 FPGA與PCI結(jié)合的雷達(dá)目標(biāo)模擬器

FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列的簡(jiǎn)稱，在通信領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)上，具備更為高效的信號(hào)處理能力，而應(yīng)用在雷達(dá)回波的信號(hào)模擬輸出過(guò)程中，也能得到廣泛的應(yīng)用，而這種處理器件常見(jiàn)于搭配PCI總線。這主要是結(jié)合其自身在擴(kuò)展性的優(yōu)勢(shì)上進(jìn)行的描述，這種價(jià)格不僅契合了現(xiàn)代模擬器的通用性要求，還能將雷達(dá)目標(biāo)模擬器的性能得到更合理地兼容處理。這也是其廣泛處理的結(jié)果。

2.2 DSP與CPCI的雷達(dá)目標(biāo)模擬器

DSP的數(shù)據(jù)處理能力是實(shí)時(shí)表現(xiàn)的運(yùn)算數(shù)據(jù)領(lǐng)域的表現(xiàn)，與犧牲部分性能而具備更加優(yōu)異的散熱性能與可靠性的CPCI總線基礎(chǔ)的搭配使得也成為在雷達(dá)目標(biāo)模擬器的領(lǐng)域擁有一定的市場(chǎng)，其主要針對(duì)的環(huán)境是更為廣闊的適用環(huán)境。

2.3 混合雷達(dá)目標(biāo)模擬器

現(xiàn)有的硬件與軟件發(fā)展呈現(xiàn)出百花齊放的趨勢(shì)，使得在不同硬件與軟件的結(jié)合以及搭配問(wèn)題上體現(xiàn)出更加優(yōu)異的核心架構(gòu)趨勢(shì)。根據(jù)需求搭配出不同適合場(chǎng)景的雷達(dá)運(yùn)算數(shù)據(jù)。在混合雷達(dá)目標(biāo)模擬器的過(guò)程中，不僅可以考慮FPGA的并行處理的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，在DSP的高速運(yùn)算能力取舍上，在系統(tǒng)處理的規(guī)范過(guò)程中，對(duì)性能的總線復(fù)雜性所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)對(duì)局中，選擇更為合乎規(guī)范的技術(shù)。例如在VME在DSP的技術(shù)設(shè)計(jì)上，更為核心的橋梁能力才得以表現(xiàn)。在橋梁的雷達(dá)目標(biāo)模擬器的問(wèn)題處理上，兼具復(fù)雜性能時(shí)就會(huì)特別考慮。

3 回波驗(yàn)證算法

3.1 空域譜估計(jì)技術(shù)

空域譜估計(jì)技術(shù)會(huì)依據(jù)空間信號(hào)的來(lái)波方向與分辨率來(lái)對(duì)其進(jìn)行估計(jì)。現(xiàn)代的空間譜估計(jì)方法不在局限于傳統(tǒng)的陣列長(zhǎng)度和孔徑，而會(huì)選擇更為高效的突破現(xiàn)有分辨能力的幾何結(jié)構(gòu)和高效的信噪比。其中以Capon方法來(lái)估計(jì)回波方向，并考慮分辨能力的幾何結(jié)構(gòu)與信噪比，其主要算法的思想是以某一方向的信號(hào)功率為其不變的情況下，使得影響的功率最小。

3.2 數(shù)字波束的形成

數(shù)字波束的形成其使用方式是對(duì)雷達(dá)和聲吶的表現(xiàn)上，對(duì)空域鋁箔的控制和波束形成更為精準(zhǔn)的探測(cè)目標(biāo)，以此獲得更多的探測(cè)信息。這在當(dāng)時(shí)是被用于軍事領(lǐng)域的。但是區(qū)別于此的同時(shí)，在調(diào)整陣元型號(hào)的相位疊加過(guò)程中，能夠降低副瓣而達(dá)到其軍事目標(biāo)。當(dāng)然也會(huì)對(duì)現(xiàn)有的方向進(jìn)行調(diào)整。

4 雷達(dá)目標(biāo)回波模擬器的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 實(shí)現(xiàn)多通道的時(shí)鐘同步

時(shí)鐘設(shè)計(jì)不僅在電磁輻射領(lǐng)域的相關(guān)性非常受人重視，在雷達(dá)模擬設(shè)計(jì)上也獲得了大多數(shù)的關(guān)注。在多通道的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)上，陣列雷達(dá)通過(guò)時(shí)鐘設(shè)計(jì)來(lái)關(guān)聯(lián)同步控制，并保證現(xiàn)有的板卡控制與同步影響的時(shí)鐘芯片匹配，時(shí)鐘偏斜與抖動(dòng)兩個(gè)指標(biāo)得到同步確定。這也是衡量常用的設(shè)計(jì)參數(shù)中的性能優(yōu)異來(lái)決定的。

4.2 實(shí)現(xiàn)多通道的一致性校正

現(xiàn)有的校正方法一般以在線和離線區(qū)分。通過(guò)對(duì)已有外界的測(cè)試型號(hào)來(lái)進(jìn)行通道之間的幅度調(diào)頻差異來(lái)獲取通道的補(bǔ)償，從而確保特定環(huán)境下的校正精度得到修正。這種并不依賴于外部測(cè)試信號(hào)的數(shù)據(jù)方法獲得了理論上的認(rèn)可，而算法實(shí)現(xiàn)上，則表現(xiàn)出更為困難的劣勢(shì)。因此，要注定算法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，來(lái)彌補(bǔ)誤差，是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)研究的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)有的雷達(dá)目標(biāo)模擬器所涉及的關(guān)鍵技術(shù)要考慮的因素很多。但只要對(duì)雷達(dá)目標(biāo)的模擬器的技術(shù)要求有認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上來(lái)完善和突破能更好地適應(yīng)雷達(dá)目標(biāo)模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這也是探討的意義所在，為雷達(dá)的發(fā)展貢獻(xiàn)出微薄之力。

[1]莊雷,張海龍,李賽輝等.基于FPGA的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)[J].雷達(dá)與對(duì)抗,2016(04):45-48.

[2]柏雄文.雷達(dá)多目標(biāo)中頻模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京理工大學(xué),2016.

[3]馬敏.雷達(dá)模擬器軟件的研究與設(shè)計(jì)[J].科技視界,2016(26):11-12.

作者單位空軍二十三廠 北京市 102200