于衛(wèi)剛，吳昌松，張德欣，左國(guó)銀

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽(yáng) 471000)

0 引言

隨著現(xiàn)代雷達(dá)理論和技術(shù)飛速發(fā)展，雷達(dá)信號(hào)帶寬越來(lái)越大，分辨能力越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)大，不僅能夠準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)的位置和速度信息，還能獲取目標(biāo)的形狀和運(yùn)動(dòng)特性，寬帶雷達(dá)的目標(biāo)回波與干擾模擬已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外雷達(dá)測(cè)試領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。近年來(lái)，我國(guó)在雷達(dá)回波模擬方面取得了很大的進(jìn)展，但在回波信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)功能的全面性與結(jié)構(gòu)的通用性、兼容性、可擴(kuò)展性方面與國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品還存在一定的差距。

DRFM技術(shù)使雷達(dá)相參干擾和目標(biāo)回波模擬取得突破性的發(fā)展，可有效保留雷達(dá)信號(hào)的相參性，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)使模擬雷達(dá)回波信號(hào)特征更加精確、參數(shù)設(shè)置更加靈活，因此，DRFM已經(jīng)成為雷達(dá)目標(biāo)回波模擬的一個(gè)重要技術(shù)手段[1-7]。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一種寬帶雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器，基于FPGA+AD9957結(jié)構(gòu)，最大輸出帶寬只有200 MHz；文獻(xiàn)[9]采用單片機(jī)+CPLD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了海事雷達(dá)視頻回波信號(hào)模擬器，給出了模擬器電路框圖以及前端硬件設(shè)計(jì)，并完成了工程實(shí)現(xiàn)；文獻(xiàn)[10-12]將DRFM技術(shù)應(yīng)用到無(wú)線(xiàn)電高度表大地目標(biāo)回波模擬；文獻(xiàn)[13]給出了無(wú)線(xiàn)電引信雷達(dá)回波DRFM模擬技術(shù)，文獻(xiàn)[14]采用通用儀器設(shè)計(jì)了DRFM雷達(dá)目標(biāo)模擬器，提高了模擬器的射頻性能，但其工作帶寬僅160 MHz，且基于通用儀器構(gòu)建的模擬器系統(tǒng)成本較高；文獻(xiàn)[15]基于寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器和數(shù)字圖像合成器，設(shè)計(jì)了一種高分辨雷達(dá)目標(biāo)回波模擬器，采用去斜率處理來(lái)降低系統(tǒng)中頻處理帶寬，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制后重構(gòu)信號(hào)。隨著現(xiàn)代高分辨雷達(dá)的輸出帶寬越來(lái)越高，雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波已不再是點(diǎn)目標(biāo)，而是多散射點(diǎn)的擴(kuò)展目標(biāo)。另外，雷達(dá)性能測(cè)試是一個(gè)系統(tǒng)工程，要求雷達(dá)模擬器不僅能夠模擬目標(biāo)回波信號(hào)，而且能夠模擬各種雷達(dá)干擾信號(hào)、噪聲信號(hào)、雜波信號(hào)和背景電磁信號(hào)，真實(shí)客觀的測(cè)試?yán)走_(dá)的技戰(zhàn)術(shù)性能。文獻(xiàn)中提到的雷達(dá)回波模擬器大多不能滿(mǎn)足現(xiàn)代高分辨雷達(dá)測(cè)試超帶寬要求，且功能比較單一，只能模擬雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)。

本文設(shè)計(jì)的寬帶雷達(dá)目標(biāo)與干擾信號(hào)模擬器，能夠根據(jù)目標(biāo)的電磁散射特性及運(yùn)動(dòng)特性，不僅可以模擬點(diǎn)目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)，而且可以進(jìn)行擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)模擬，同時(shí)可以構(gòu)建測(cè)試所需多種類(lèi)型的噪聲信號(hào)、干擾信號(hào)和背景電磁信號(hào)。系統(tǒng)采用VPX總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化設(shè)計(jì)，能夠有效提高測(cè)試效率，節(jié)約人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，對(duì)寬帶雷達(dá)試驗(yàn)鑒定評(píng)估具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 總體方案

本文設(shè)計(jì)的多功能雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器可以為雷達(dá)測(cè)試提供多種類(lèi)型雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)及電磁環(huán)境信號(hào)，可根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試需求產(chǎn)生大量的假目標(biāo)，逼真模擬雷達(dá)目標(biāo)的空間特性和運(yùn)動(dòng)特性，模擬雷達(dá)在不同作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下的信號(hào)環(huán)境，檢驗(yàn)雷達(dá)在近實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)下對(duì)目標(biāo)的搜索、跟蹤、識(shí)別和抗干擾能力，以及在不同任務(wù)背景下任務(wù)管理和資源調(diào)度能力。

1.1 功能要求

多功能寬帶雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器具備以下主要功能：

(1) 回波信號(hào)模擬功能：能夠模擬產(chǎn)生雷達(dá)點(diǎn)目標(biāo)、擴(kuò)展目標(biāo)回波信號(hào)，可以對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)在時(shí)域、頻域和能量域進(jìn)行調(diào)制，重構(gòu)目標(biāo)回波信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)脈間目標(biāo)回波信號(hào)參數(shù)實(shí)時(shí)更新。

(2) 干擾信號(hào)生成功能：能夠模擬產(chǎn)生欺騙干擾信號(hào)、密集假目標(biāo)干擾信號(hào)、瞄準(zhǔn)式/掃頻式噪聲干擾信號(hào)以及組合干擾信號(hào)。

(3) 雷達(dá)發(fā)射信號(hào)偵測(cè)功能：能夠自動(dòng)偵測(cè)雷達(dá)同步信號(hào)，同時(shí)可對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的頻率、脈寬、重頻、帶寬、幅度等雷達(dá)信號(hào)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

(4) 操作控制與顯示功能：能夠控制各功能模塊的開(kāi)關(guān)機(jī)，可進(jìn)行待機(jī)/自檢/初始化/正常工作等工作狀態(tài)切換，同時(shí)接收監(jiān)視各模塊工作狀態(tài)信息。

(5) 場(chǎng)景設(shè)計(jì)功能：根據(jù)測(cè)試場(chǎng)景要求，能夠靈活設(shè)計(jì)目標(biāo)個(gè)數(shù)、目標(biāo)航跡、干擾信號(hào)種類(lèi)以及信號(hào)發(fā)出時(shí)間等參數(shù)，構(gòu)建預(yù)定的試驗(yàn)測(cè)試電磁信號(hào)環(huán)境。

(6) 任務(wù)調(diào)度功能：主控計(jì)算機(jī)模塊根據(jù)設(shè)定的場(chǎng)景，將任務(wù)分配給各功能模塊，同時(shí)下發(fā)相應(yīng)的工作參數(shù)，在預(yù)定的時(shí)間產(chǎn)生任務(wù)安排的目標(biāo)和干擾信號(hào)。

(7) 過(guò)程監(jiān)控功能：對(duì)模擬器的工作狀態(tài)及任務(wù)完成情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示。

1.2 方案設(shè)計(jì)

該雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器在技術(shù)體制上選擇基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)，在進(jìn)行時(shí)間延時(shí)控制、多普勒頻率調(diào)制、信號(hào)幅度調(diào)制后，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)與干擾的模擬。模擬器采用超寬帶設(shè)計(jì)思路，覆蓋L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段雷達(dá)。模擬器總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用VPX總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，在射頻模塊設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，射頻模塊采用相同的外形結(jié)構(gòu)和接口定義，實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)測(cè)試要求，只需更換不同波段的射頻模塊，即可完成模擬器工作頻段切換，該設(shè)計(jì)使模擬器可以共用除射頻模塊以外的其他數(shù)字模塊、計(jì)算機(jī)模塊、機(jī)箱及電源等部分，大大節(jié)約了研制成本。目標(biāo)產(chǎn)生模塊、欺騙干擾模塊、密集假目標(biāo)模塊、噪聲干擾模塊基于軟件無(wú)線(xiàn)電思想，硬件上采用相同的數(shù)字板卡，通用性、靈活性和可重構(gòu)性強(qiáng)，能夠根據(jù)不同測(cè)試任務(wù)，改變軟件程序，即可完成回波模擬器功能的重新定義，例如：試驗(yàn)測(cè)試需要模擬的目標(biāo)數(shù)量較多和目標(biāo)類(lèi)型比較復(fù)雜時(shí)，4塊數(shù)字板卡均加載回波模擬程序，用于雷達(dá)目標(biāo)回波模擬，若測(cè)試需要構(gòu)建比較復(fù)雜的電磁環(huán)境，4個(gè)板卡可根據(jù)任務(wù)分配產(chǎn)生不同類(lèi)型的干擾信號(hào)、噪聲信號(hào)和背景電磁環(huán)境信號(hào)。

圖1 雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器組成結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram of radar target and jamming simulator

1.3 工作原理

寬帶雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器工作原理如圖2所示，射頻模塊首先對(duì)接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，將得到的中頻信號(hào)送給信號(hào)偵測(cè)模塊，偵測(cè)模塊進(jìn)行脈沖檢測(cè)，完成信號(hào)波形參數(shù)測(cè)量，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果提取同步脈沖到各信號(hào)產(chǎn)生模塊，偵測(cè)模塊還要根據(jù)信號(hào)測(cè)量幅度控制射頻模塊進(jìn)行自動(dòng)增益調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)輸入中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)數(shù)字下變頻輸出幅度基本恒定的基帶波形信號(hào)到各信號(hào)產(chǎn)生模塊。各信號(hào)產(chǎn)生模塊接收偵測(cè)模塊送到的雷達(dá)同步脈沖信號(hào)、雷達(dá)基帶信號(hào)、狀態(tài)與波形參數(shù)，按照預(yù)定設(shè)置對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)間、頻率和幅度調(diào)制，產(chǎn)生相應(yīng)的中頻信號(hào)通過(guò)射頻模塊上變頻為射頻信號(hào)，經(jīng)發(fā)射天線(xiàn)進(jìn)行輻射，完成雷達(dá)目標(biāo)回波模擬和雷達(dá)測(cè)試電磁環(huán)境構(gòu)建等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬是雷達(dá)技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，涉及了大量軟硬件知識(shí)，模擬方法和實(shí)現(xiàn)手段也相對(duì)比較復(fù)雜，本文在設(shè)計(jì)多功能雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器時(shí)需要研究解決以下幾方面關(guān)鍵技術(shù)。

圖2 雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器工作原理框圖Fig.2 Principle diagram of radar target and jamming simulator

2.1 高速數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)技術(shù)

高速數(shù)字信號(hào)處理板卡需要完成對(duì)雷達(dá)信號(hào)的高速采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、復(fù)雜調(diào)制、時(shí)序控制等功能，是模擬器的關(guān)鍵核心部件，其優(yōu)劣直接影響雷達(dá)回波信號(hào)模擬質(zhì)量，最終影響模擬器的整體性能。本文設(shè)計(jì)的雷達(dá)回波模擬器瞬時(shí)帶寬高達(dá)1.2 GHz，要求ADC具有很高的采樣速率，數(shù)據(jù)量大，對(duì)模擬器總線(xiàn)帶寬和運(yùn)算處理速度要求較高，傳統(tǒng)的信息處理平臺(tái)無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。本文采用VPX標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，其理論帶寬可達(dá)到8 GB/s，具有強(qiáng)大的信息處理能力、I/O擴(kuò)展能力，通用性和擴(kuò)展性好。高速數(shù)字信號(hào)處理板以Altera公司的StratixV DS系列FPGA為核心，該芯片具有大容量邏輯單元(最高可達(dá)262 000個(gè)ALM)和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理模塊(最多可達(dá)396個(gè)乘法器)，并且提供48對(duì)數(shù)據(jù)率高達(dá)14.1 Gbps高速收發(fā)接口，可以實(shí)現(xiàn)與SDA948高速8位A/D轉(zhuǎn)換器和SDA9713RH 8位D/A轉(zhuǎn)換器的良好匹配。模擬器主要包括2種高速VPX總線(xiàn)接口：第1種為ADC與DAC信號(hào)輸入輸出部分，雷達(dá)中頻信號(hào)由高速ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，生成的目標(biāo)和干擾信號(hào)通過(guò)高速DAC轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，ADC與DAC均采用FMC接口方式接入系統(tǒng)；第2種為數(shù)字信號(hào)處理部分，主要由VPX機(jī)箱背板、數(shù)字信號(hào)處理板和主控計(jì)算機(jī)板組成，數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)箱背板進(jìn)行高速互聯(lián)。

2.2 擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)重構(gòu)方法

對(duì)于擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)可以看作是雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)系統(tǒng)后的輸出，該系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)反映了雷達(dá)目標(biāo)的電磁散射特性。本文通過(guò)分析典型擴(kuò)展目標(biāo)的散射特性，經(jīng)過(guò)精確建模獲得其隨距離、視角、頻率等參數(shù)變化的散射特性數(shù)據(jù)，作為擴(kuò)展目標(biāo)上各散射點(diǎn)的沖擊響應(yīng)序列。擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)重構(gòu)的基本思路是：通過(guò)高頻電磁計(jì)算得到目標(biāo)在某姿態(tài)下的RCS，通過(guò)一定帶寬范圍內(nèi)的多頻點(diǎn)RCS預(yù)估，計(jì)算得到目標(biāo)散射特性數(shù)據(jù)；然后將接收的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)散射特性數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積得到擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)寬帶雷達(dá)回波信號(hào)實(shí)時(shí)重構(gòu)；最后經(jīng)過(guò)時(shí)延控制和多普勒頻率調(diào)制準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)目標(biāo)的電磁散射特性及其距離、速度等信息。擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)重構(gòu)的關(guān)鍵在于目標(biāo)電磁散射特性數(shù)據(jù)的精確獲取和寬帶雷達(dá)信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制。

2.3 高精度/高分辨時(shí)延控制和多普勒頻率調(diào)制方法

模擬器產(chǎn)生的雷達(dá)假目標(biāo)的距離信息主要通過(guò)控制信號(hào)延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體過(guò)程為根據(jù)觸發(fā)脈沖和連續(xù)時(shí)鐘生成一個(gè)相對(duì)于觸發(fā)脈沖具有精確延遲時(shí)間的時(shí)延脈沖，并且保持脈沖寬度不變，通過(guò)精確延時(shí)控制，產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立假目標(biāo)。本文充分利用高性能FPGA硬件資源，通過(guò)靈活配置不同數(shù)據(jù)位寬、不同存儲(chǔ)深度的內(nèi)部FIFO存儲(chǔ)塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的精確時(shí)延控制。設(shè)計(jì)選用的FPGA內(nèi)部具有大量獨(dú)立的內(nèi)部存儲(chǔ)塊，可以靈活方便的構(gòu)造很多可調(diào)延遲單元，且FPGA內(nèi)部存儲(chǔ)塊可以工作在較高的時(shí)鐘頻率上。因此，本文采用內(nèi)部FIFO構(gòu)造的延遲線(xiàn)可以達(dá)到較高的延遲精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的高精度延時(shí)控制，逼真模擬雷達(dá)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性。

模擬器產(chǎn)生的雷達(dá)假目標(biāo)的速度信息主要通過(guò)多普勒頻率調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的多普勒頻率調(diào)制通常采用鎖相環(huán)和移相器等模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，不能保證頻率調(diào)制精度。本文采用基于DDS的全數(shù)字多普勒頻率調(diào)制算法，相比模擬混頻，具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩(wěn)定度高、控制靈活、節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)，該算法已在FPGA硬件平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，滿(mǎn)足在高采樣率下的信號(hào)實(shí)時(shí)處理要求。

3 功能模塊設(shè)計(jì)

寬帶相控陣?yán)走_(dá)目標(biāo)與干擾模擬器采用VPX標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，主要由信號(hào)偵測(cè)模塊、射頻通道模塊、目標(biāo)產(chǎn)生模塊、欺騙干擾模塊、密集假目標(biāo)產(chǎn)生模塊、噪聲干擾模塊、主控計(jì)算機(jī)和電源等模塊組成。

3.1 射頻通道模塊

射頻通道模塊設(shè)計(jì)為類(lèi)似VPX板卡，占2個(gè)槽位，主要包含接收通道、發(fā)射通道、本振源、時(shí)鐘模塊及接口電路，接收通道對(duì)輸入的射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)；發(fā)射通道將多路中頻信號(hào)合成(或者單獨(dú))上變?yōu)橄鄳?yīng)的射頻信號(hào)輸出，射頻通道主要由選頻組件、微波開(kāi)關(guān)、濾波器、混頻器、放大器、頻率源等組成。

射頻模塊功能要求細(xì)化如下：

(1) 射頻信號(hào)調(diào)控：對(duì)射頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行AGC可變?cè)鲆婵刂?，使輸出到信?hào)偵測(cè)模塊的中頻激勵(lì)信號(hào)幅度基本恒定，充分利用ADC的有效位數(shù)。

(2) 射頻激勵(lì)信號(hào)下變頻：產(chǎn)生本振信號(hào)對(duì)射頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行下變頻，使中頻信號(hào)中心頻率基本為常數(shù)，有效地減小中頻信號(hào)的帶寬要求。

(3) 中頻信號(hào)上變頻：信號(hào)生成模塊產(chǎn)生的目標(biāo)和干擾(含噪聲和欺騙目標(biāo))信號(hào)為模擬中頻信號(hào)，射頻模塊要對(duì)其進(jìn)行上變頻，上變頻采用與下變頻相關(guān)聯(lián)的本振信號(hào)，保證射頻模擬信號(hào)的相參性。

(4) 射頻功率控制：對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行功率控制，使射頻信號(hào)的功率隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)和起伏特性實(shí)時(shí)改變，同時(shí)保證射頻模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。

3.2 信號(hào)偵測(cè)模塊

信號(hào)偵測(cè)模塊采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即中頻數(shù)字化+高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。偵測(cè)模塊不僅需要測(cè)量接收信號(hào)的頻率、脈寬和重頻，還需要提供幅度信息，為了保證被測(cè)雷達(dá)天線(xiàn)掃描的主瓣脈沖幅度不會(huì)超過(guò)偵測(cè)模塊ADC的最大輸入范圍，需要在下變頻前加入可變?cè)鲆娣糯蟓h(huán)節(jié)，并且在模擬器正常工作前，對(duì)被測(cè)雷達(dá)脈沖幅度進(jìn)行掃描和搜索，以確定放大器最大增益。參數(shù)測(cè)量(頻率、脈寬、重頻、幅度)通過(guò)接口與控制電路輸出，該接口可對(duì)信號(hào)偵測(cè)模塊各部分進(jìn)行控制和自檢，同時(shí)將頻率測(cè)量值提供給DDC完成數(shù)字下變頻獲取雷達(dá)基帶信號(hào)。

信號(hào)偵測(cè)模塊工作原理框圖如圖3所示，具體功能細(xì)化分解如下：

圖3 信號(hào)偵測(cè)模塊原理框圖Fig.3 Block diagram of signal detection module

(1) 中頻信號(hào)數(shù)字化：將中頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行高速AD變換為數(shù)字信號(hào)。

(2) 信號(hào)檢測(cè)：對(duì)數(shù)字激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，并進(jìn)行瞬時(shí)測(cè)頻，同時(shí)輸出同步脈沖信號(hào)。

(3) 數(shù)字下變頻：利用測(cè)頻結(jié)果對(duì)數(shù)字激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻(DDC)，得到數(shù)字基帶信號(hào)。

(4) 波形參數(shù)測(cè)量：對(duì)基帶激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行波形參數(shù)測(cè)量，包括：脈沖幅度、脈沖寬度、脈沖重復(fù)周期、脈沖頻率等。

(5) 控制功能：偵測(cè)模塊需要完成對(duì)射頻模塊的控制，包括自檢工作方式控制、接收可變?cè)鲆婵刂啤⒈菊耦l率控制與產(chǎn)生、合成加權(quán)控制、發(fā)射支路可變?cè)鲆婵刂频取?/p>

3.3 通用數(shù)字板卡模塊設(shè)計(jì)

為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，減少硬件種類(lèi)，減輕硬件調(diào)試工作量，目標(biāo)產(chǎn)生模塊、欺騙干擾模塊、密集假目標(biāo)干擾模塊、噪聲干擾模塊和自檢模塊設(shè)計(jì)為通用硬件模塊，采用6U VPX插卡形式，板上包括大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA，同時(shí)具有大容量DDR3高速存儲(chǔ)器，能夠提供高性能計(jì)算能力、高速靈活的數(shù)據(jù)傳輸能力、靈活方便的系統(tǒng)管理和升級(jí)能力。數(shù)字處理部分與射頻接口的控制信號(hào)通過(guò)背板連接器，中頻信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)用電纜連接到各個(gè)射頻模塊，通用硬件平臺(tái)具備以下功能：

(1) 數(shù)據(jù)通信功能：接收信號(hào)偵測(cè)模塊輸出的了雷達(dá)基帶數(shù)字信號(hào)。

(2) 信號(hào)偵測(cè)參數(shù)接收：接收信號(hào)偵測(cè)模塊輸出的信號(hào)頻率信息和同步信號(hào)。

(3) VPX總線(xiàn)接口：主控計(jì)算機(jī)通過(guò)VPX總線(xiàn)控制每個(gè)模塊，并監(jiān)測(cè)各模塊的工作狀態(tài)信息。

(4) 大容量存儲(chǔ)：用于存儲(chǔ)的高速大容量存儲(chǔ)器。

(5) DA變換：將產(chǎn)生的數(shù)字回波信號(hào)和干擾信號(hào)變換為模擬中頻信號(hào)。

(6) 信號(hào)放大、濾波和衰減控制：用于將DAC輸出模擬中頻信號(hào)進(jìn)行幅度放大、帶通濾波以及根據(jù)輸出信號(hào)的幅度要求進(jìn)行數(shù)控衰減。

(7) 數(shù)字信號(hào)處理：根據(jù)模塊功能要求，能夠?qū)斎氲臄?shù)字基帶信號(hào)或者ADC采集的信號(hào)進(jìn)行不同的數(shù)字信號(hào)處理。

3.4 目標(biāo)與欺騙干擾產(chǎn)生模塊

目標(biāo)產(chǎn)生與欺騙干擾產(chǎn)生模塊在信號(hào)產(chǎn)生通用硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，采用相同的軟件設(shè)計(jì)方法，根據(jù)分配任務(wù)不同，模塊可產(chǎn)生目標(biāo)或者干擾信號(hào)，兩者的差別僅在于幅度、軌跡等參數(shù)設(shè)置要求不同。點(diǎn)目標(biāo)是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的，擴(kuò)展目標(biāo)模擬實(shí)際是對(duì)多散射中心的模擬，各散射中心既具有獨(dú)立性又具有一定的關(guān)聯(lián)性，可以通過(guò)模型對(duì)目標(biāo)各散射中心參數(shù)進(jìn)行具體配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)的回波模擬。目標(biāo)產(chǎn)生模塊采用數(shù)字基帶輸入、模擬中頻輸出，原理框圖如圖4所示，主要包括同步電路、時(shí)間延遲模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、多普勒信號(hào)產(chǎn)生模塊、多普勒調(diào)制模塊、幅度控制模塊、幅度調(diào)制模塊、信號(hào)合成模塊、數(shù)字上變和D/A變換模塊等。

3.5 密集假目標(biāo)產(chǎn)生模塊

密集假目標(biāo)產(chǎn)生模塊同樣采用雷達(dá)數(shù)字基帶信號(hào)輸入，中頻模擬信號(hào)輸出的方式，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖5所示。密集假目標(biāo)干擾產(chǎn)生采用類(lèi)似格形濾波器的結(jié)構(gòu)，其中每格的延遲可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)設(shè)定，從而產(chǎn)生不同延時(shí)的多假目標(biāo)。同時(shí)每一級(jí)都配置一個(gè)多普勒頻率產(chǎn)生和幅度控制單元，從而可以產(chǎn)生不同多普勒頻率和不同幅度的密集假目標(biāo)，可以較為逼真的模擬目標(biāo)點(diǎn)跡，達(dá)到預(yù)期效果。

3.6 噪聲干擾產(chǎn)生模塊實(shí)現(xiàn)

噪聲干擾實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示，白噪聲數(shù)字產(chǎn)生電路產(chǎn)生白噪聲，設(shè)定可編程數(shù)字濾波器的帶寬即可得到相應(yīng)帶寬的噪聲干擾。若需掃描，由掃頻調(diào)制器產(chǎn)生掃頻信號(hào)，對(duì)噪聲進(jìn)行調(diào)制，便可得到掃頻噪聲干擾，最后經(jīng)DOC和DAC得到中頻噪聲干擾信號(hào)。

圖4 目標(biāo)與欺騙干擾產(chǎn)生模塊原理框圖Fig.4 Block diagram of target and deception jamming generation module

圖5 密集假目標(biāo)產(chǎn)生模塊框圖Fig.5 Block diagram of dense multiple false targets generation module

圖6 噪聲干擾產(chǎn)生模塊原理框圖Fig.6 Block diagram of noise jamming module

4 試驗(yàn)與測(cè)試

基于DRFM技術(shù)完成研制的多功能雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器及其配屬天線(xiàn)如圖7所示。

圖7 多功能雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器實(shí)物圖Fig.7 Photographs of radar multifunction target and jamming simulator

為了驗(yàn)證該多功能目標(biāo)與干擾模擬器的性能，在某雷達(dá)上進(jìn)行了性能測(cè)試與驗(yàn)證。將模擬器架設(shè)在測(cè)試塔塔頂，距離地面高度約100 m，雷達(dá)距離測(cè)試塔約2 km，試驗(yàn)態(tài)勢(shì)如圖8所示。

圖8 外場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)態(tài)勢(shì)Fig.8 Field test situation

在雷達(dá)目標(biāo)模擬測(cè)試中，設(shè)置的目標(biāo)個(gè)數(shù)為5個(gè)，運(yùn)動(dòng)速度為400 m/s，在雷達(dá)P顯上產(chǎn)生了沿徑向運(yùn)動(dòng)的假目標(biāo)，并且形成航跡。在密集假目標(biāo)干擾測(cè)試時(shí)，雷達(dá)P顯上出現(xiàn)了大量的密集假目標(biāo)點(diǎn)，由于模擬器距離雷達(dá)相對(duì)較近，模擬器輻射的干擾信號(hào)從雷達(dá)波束主瓣和副瓣同時(shí)進(jìn)入，因此在雷達(dá)掃描范圍內(nèi)均產(chǎn)生了假目標(biāo)，能夠有效檢驗(yàn)雷達(dá)旁瓣匿隱、旁瓣對(duì)消等抗干擾能力。

圖9 外場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Field test results

5 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了一種基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)(DRFM)的多功能寬帶雷達(dá)目標(biāo)與干擾模擬器設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其中的模擬器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，實(shí)現(xiàn)了寬帶雷達(dá)目標(biāo)與干擾信號(hào)的實(shí)時(shí)重構(gòu)，能夠?yàn)閷拵С上窭走_(dá)試驗(yàn)鑒定評(píng)估提供支撐。該設(shè)計(jì)充分利用設(shè)備硬件資源，在完成寬帶雷達(dá)回波信號(hào)模擬的同時(shí)，可產(chǎn)生密集假目標(biāo)干擾信號(hào)、欺騙干擾信號(hào)以及多種背景噪聲信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生模塊采用通用硬件板卡設(shè)計(jì)，只需改變軟件程序，即可實(shí)現(xiàn)模塊功能的重新定義，具有很強(qiáng)的靈活性和重構(gòu)性，在開(kāi)展雷達(dá)技戰(zhàn)術(shù)性能測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，不僅可以模擬寬帶雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)，而且可以進(jìn)行試驗(yàn)復(fù)雜電磁信號(hào)環(huán)境構(gòu)建。模擬器采用小型化、模塊化設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和軟件化設(shè)計(jì)，可以保證模擬器的通用性和可擴(kuò)展性，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。