羅 杰,孔令峰,張坤峰

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七二三研究所,江蘇 揚(yáng)州 225101)

在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中,高分辨雷達(dá)是一個(gè)重要的發(fā)展方向[1]。高分辨雷達(dá)的距離分辨單元小于目標(biāo)尺寸,目標(biāo)占據(jù)多個(gè)距離單元,可提供更多目標(biāo)特征信息,稱(chēng)為擴(kuò)展目標(biāo)。近年來(lái),隨著合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)等新體制高分辨力成像雷達(dá)在軍事和科技領(lǐng)域的應(yīng)用,擴(kuò)展目標(biāo)的概念進(jìn)一步發(fā)展,由一維距離像目標(biāo)延伸到二維面目標(biāo)、三維體目標(biāo)。在雷達(dá)系統(tǒng)研制過(guò)程中,雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器是不可缺少的設(shè)備[2]。因此,研制高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)對(duì)于高分辨雷達(dá)研制、生產(chǎn)、調(diào)試、測(cè)試、試驗(yàn)以及檢驗(yàn)具有重要意義。

本文針對(duì)現(xiàn)代高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波模擬提出了一種擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法,對(duì)高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的研制具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

1 擴(kuò)展目標(biāo)模擬分析

對(duì)于高分辨力雷達(dá)而言,雷達(dá)的距離分辨單元小于目標(biāo)尺寸,目標(biāo)占據(jù)多個(gè)距離單元,其目標(biāo)回波不能再被看作點(diǎn)目標(biāo),而是空間延展為由多個(gè)散射點(diǎn)組成的擴(kuò)展目標(biāo)?；夭ㄅc發(fā)射信號(hào)不再具有相同的形式,目標(biāo)后向電磁散射在時(shí)域上呈現(xiàn)較多尖鋒和低谷[3]。常用的4種高距離分辨雷達(dá)體制為線性調(diào)頻(Linear Frequency Modulation,LFM)連續(xù)波雷達(dá)[4]、線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)[5]、步進(jìn)頻率雷達(dá)(Stepped Frequency Radar,SFR)[6]和線性調(diào)頻兼步進(jìn)頻率的調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)[7]。高分辨力雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域分辨能力取決于信號(hào)帶寬,因此為提高距離向的分辨能力,高分辨雷達(dá)通常采用頻率調(diào)制方法來(lái)增大信號(hào)寬帶[8]。頻率調(diào)制方法主要有線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻和步進(jìn)頻率等,其中線性調(diào)頻信號(hào)具有高信噪比、低副瓣的優(yōu)點(diǎn)[9]。

SAR雷達(dá)是一種新體制高分辨力成像雷達(dá),獲得高質(zhì)量和高分辨力圖像是合成孔徑雷達(dá)追求的目標(biāo)[10]。SAR成像雷達(dá)是一種在距離向和方位向都具有高分辨力的成像雷達(dá),其將合成孔徑技術(shù)、脈沖壓縮技術(shù)和數(shù)字信息處理技術(shù)這3種技術(shù)結(jié)合在一起,可使用較短的天線獲得高距離向和方位向分辨率[11]。在距離向通過(guò)發(fā)射大帶寬信號(hào),采用脈沖壓縮技術(shù)來(lái)獲取高分辨力;在方位向通過(guò)同一雷達(dá)傳感器在等間隔位置發(fā)射和接收脈沖信號(hào),將接收的回波信號(hào)相干處理,依靠采用長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)獲得高分辨力。在SAR成像雷達(dá)中使用最多LFM脈沖信號(hào),LFM信號(hào)通過(guò)在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)信號(hào)頻率的連續(xù)性變化來(lái)獲得較大的信號(hào)帶寬[12]。

綜上所述,為獲得更多目標(biāo)信息或高質(zhì)量目標(biāo)圖像,常用的4種高距離分辨雷達(dá)、SAR成像雷達(dá)等高分辨力雷達(dá)相對(duì)于傳統(tǒng)低分辨率雷達(dá)的共同特點(diǎn)是采用了大瞬時(shí)帶寬信號(hào),通常采用線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻和步進(jìn)頻率等信號(hào)形式。對(duì)常用的4種高距離分辨雷達(dá)體制的目標(biāo)回波模擬為一維距離像目標(biāo)模擬,對(duì)SAR等高分辨力成像雷達(dá)的目標(biāo)回波模擬為二維面目標(biāo)和三維體目標(biāo)目標(biāo)模擬。因此,對(duì)高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)而言,首先要建立一維距離像目標(biāo)、二維面目標(biāo)、三維體目標(biāo)的目標(biāo)回波模型,再獲取目標(biāo)雷達(dá)散射截面RCS特征數(shù)據(jù),構(gòu)建大時(shí)寬的目標(biāo)回波模擬系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)一維距離像目標(biāo)、二維面目標(biāo)和三維體目標(biāo)的射頻回波信號(hào)模擬系統(tǒng)。

2 擴(kuò)展目標(biāo)回波模型

為實(shí)現(xiàn)高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng),首先需要建立一維距離像目標(biāo)、二維面目標(biāo)和三維體目標(biāo)的目標(biāo)回波模型。

2.1 一維距離像目標(biāo)回波模型

一維距離像目標(biāo)為距離上擴(kuò)展的多散射點(diǎn)目標(biāo),可以近似為每個(gè)獨(dú)立散射體的沖激函數(shù)之和。

(1)

式中,ωi為第i個(gè)散射點(diǎn)的幅度加權(quán)值;h(ti)為每個(gè)散射點(diǎn)的沖激響應(yīng)。

每個(gè)散射點(diǎn)的沖激響應(yīng)h(ti)為

(2)

因此,在不考慮噪音時(shí),一維距離目標(biāo)回波模型可表示為如式(3)所示形式。

(3)

另外,文獻(xiàn)[11]提出了一種高分辨力雷達(dá)一維距離像擴(kuò)展目標(biāo)模擬方法?；诨夭ㄐ盘?hào)的形成原理建立了回波信號(hào)數(shù)學(xué)仿真模型,給出了目標(biāo)RCS調(diào)制因子的解算方法,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

2.2 二維面目標(biāo)回波模型

二維面目標(biāo)是指目標(biāo)的散射點(diǎn)坐標(biāo)指含有x、y信息,設(shè)目標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0),目標(biāo)的某個(gè)散射點(diǎn)P的坐標(biāo)為(x,y),雷達(dá)的坐標(biāo)為(Xr,Yr)。若目標(biāo)在(x0-Xr,y0-Yr)方向的平動(dòng)速度為V,與Y軸方向的夾角為θ,目標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為ω,則在ta時(shí)刻,某個(gè)散射點(diǎn)P與雷達(dá)的瞬時(shí)斜距為

(4)

因此,在ta時(shí)刻,對(duì)于某個(gè)散射點(diǎn)的回波信號(hào),其數(shù)學(xué)模型為

(5)

式中,Kr為距離向調(diào)頻率;tr為采樣時(shí)間。

2.3 三維體目標(biāo)回波模型

三維體目標(biāo)是指目標(biāo)散射點(diǎn)坐標(biāo)含有z信息,設(shè)雷達(dá)的坐標(biāo)為(xr,yr,zr),目標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)(初始時(shí)刻目標(biāo)質(zhì)心)在雷達(dá)坐標(biāo)系下的位置為(x0,y0,z0),目標(biāo)的某個(gè)散射點(diǎn)P在以基準(zhǔn)點(diǎn)為原點(diǎn)的目標(biāo)坐標(biāo)系下的位置為(x,y,z),目標(biāo)坐標(biāo)位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 目標(biāo)坐標(biāo)位置關(guān)系Figure 1. Target coordinate position relationship

若目標(biāo)在(x0-xr,y0-yr,z0-zr)方向的平動(dòng)速度為V,與Z軸方向的夾角為θ,與X軸方向的夾角為φ,目標(biāo)ta時(shí)刻的姿態(tài)為(α1,α2,α3),姿態(tài)角分別為橫滾、俯仰和偏航,則在ta時(shí)刻,由姿態(tài)變化所引起的位置變化為

(6)

在ta時(shí)刻,某個(gè)散射點(diǎn)P與雷達(dá)的瞬時(shí)斜距為

(7)

因此,在ta時(shí)刻,對(duì)于某個(gè)散射點(diǎn)的回波信號(hào),其數(shù)學(xué)模型為

(8)

式中,Kr為距離向調(diào)頻率;tr為采樣時(shí)間。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)組成

高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)主要由目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù)仿真計(jì)算服務(wù)器、場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)、寬帶射頻接收機(jī)單元、基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元、寬帶射頻通道單元、寬帶捷變頻率合成器單元和千兆以太網(wǎng)集線器、反射內(nèi)存網(wǎng)集線器等組成,其系統(tǒng)組成如圖2所示。

其中,目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù)仿真計(jì)算服務(wù)器為一臺(tái)高性能服務(wù)器,安裝有復(fù)雜目標(biāo)RCS電磁特性計(jì)算仿真軟件,目的是通過(guò)仿真計(jì)算獲取高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波模擬所需的目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù)。

場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)是整個(gè)模擬系統(tǒng)的操控顯示中心,承擔(dān)系統(tǒng)的系統(tǒng)控制與操控管理、資源調(diào)度與分配、模擬場(chǎng)景規(guī)劃與設(shè)置、戰(zhàn)情解算與分配、場(chǎng)景態(tài)勢(shì)顯示、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示。

寬帶射頻接收機(jī)單元主要是接收高分辨力雷達(dá)的射頻發(fā)射信號(hào),對(duì)接收到的雷達(dá)射頻信號(hào)[13]進(jìn)行電平調(diào)整、脈沖參數(shù)測(cè)量以及下變頻等處理,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)接收和參數(shù)獲取[14]?；鶐Щ夭ㄐ盘?hào)產(chǎn)生單元主要是接收寬帶射頻接收機(jī)單元輸出的雷達(dá)中頻基帶信號(hào),對(duì)雷達(dá)中頻基帶信號(hào)進(jìn)行高速采樣、存儲(chǔ)、延遲、多普勒調(diào)制、RCS調(diào)制和恢復(fù),生成高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波基帶信號(hào)。寬帶射頻通道單元對(duì)基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元生成的擴(kuò)展目標(biāo)回波基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻和幅度調(diào)制,產(chǎn)生高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波射頻信號(hào)。寬帶捷變頻率合成器單元為寬帶射頻接收機(jī)單元和寬帶射頻通道單元提供中上、下變頻所需的本振信號(hào)。千兆以太網(wǎng)集線器和反射內(nèi)存網(wǎng)集線器為系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸所需的以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)網(wǎng)系統(tǒng)。

3.2 運(yùn)行原理

高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作原理Figure 3. System operation principle

在系統(tǒng)運(yùn)行前,通過(guò)在目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù)仿真計(jì)算服務(wù)器上安裝復(fù)雜目標(biāo)RCS電磁特性計(jì)算仿真軟件。對(duì)建立的目標(biāo)模型進(jìn)行電磁仿真,通過(guò)仿真計(jì)算獲取高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波模擬所需的目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù),將目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù)下發(fā)給場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)。操作員通過(guò)場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)景進(jìn)行規(guī)劃,對(duì)場(chǎng)景參數(shù)、雷達(dá)參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,生成初始戰(zhàn)情數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)初始化階段,場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)對(duì)各分系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件配置和初始化,并將雷達(dá)參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)和目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù)等發(fā)送給各分系統(tǒng)。

在系統(tǒng)運(yùn)行階段,場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)根據(jù)仿真周期計(jì)算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)航跡和姿態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下發(fā)給基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元。寬帶射頻接收機(jī)單元接收高分辨力雷達(dá)的射頻發(fā)射信號(hào),對(duì)接收到的雷達(dá)射頻信號(hào)進(jìn)行電平調(diào)整、脈沖參數(shù)測(cè)量以及下變頻等處理,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)接收和參數(shù)獲取,并將脈沖參數(shù)測(cè)量發(fā)送給重頻跟蹤器和4套基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元。重頻跟蹤器接收來(lái)自參數(shù)測(cè)量單元的脈沖描述字(Pulse Descriptor Word,PDW)數(shù)據(jù)流,進(jìn)行跟蹤濾波,實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的快速、準(zhǔn)確跟蹤,對(duì)跟蹤波門(mén)進(jìn)行綜合,實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地輸出與被試?yán)走_(dá)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的各種跟蹤波門(mén)和信號(hào)批號(hào)、目標(biāo)跟蹤狀態(tài)等信息,發(fā)送給基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元,同時(shí)將目標(biāo)跟蹤狀態(tài)發(fā)送給場(chǎng)景規(guī)劃及綜合操控顯示計(jì)算機(jī)。下變頻模塊將雷達(dá)射頻信號(hào)變頻至基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元所需的中頻信號(hào),并功分放大4路,分別發(fā)送給4套基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元?；鶐Щ夭ㄐ盘?hào)產(chǎn)生單元采用寬帶射頻儲(chǔ)頻(Digital Radio Frequency Memory,DRFM)技術(shù),接收寬帶射頻接收機(jī)單元輸出的雷達(dá)中頻基帶信號(hào),對(duì)雷達(dá)中頻基帶信號(hào)進(jìn)行高速采樣、存儲(chǔ)、延遲、多普勒調(diào)制、RCS調(diào)制和恢復(fù),生成高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波基帶信號(hào)。寬帶射頻通道單元對(duì)基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元生成的擴(kuò)展目標(biāo)回波基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻和幅度調(diào)制,產(chǎn)生高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)回波射頻信號(hào)。寬帶捷變頻率合成器單元為寬帶射頻接收機(jī)單元和寬帶射頻通道單元提供中上、下變頻所需的本振信號(hào)。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中主要涉及寬帶射頻接收機(jī)[15]、大瞬時(shí)帶寬基帶回波信號(hào)產(chǎn)生、目標(biāo)RCS數(shù)據(jù)獲取與調(diào)制以及寬帶捷變頻率合成器等關(guān)鍵技術(shù),直接決定系統(tǒng)功能和性能的實(shí)現(xiàn),對(duì)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

3.3.1 寬帶射頻接收機(jī)技術(shù)

系統(tǒng)的寬帶射頻接收機(jī)單元采用單比特?cái)?shù)字接收體制的寬帶射頻接收技術(shù),以解決工作帶寬、瞬時(shí)帶寬、接收靈敏度、測(cè)頻精度的匹配協(xié)調(diào)工作,如圖4所示。

圖4 寬帶射頻接收機(jī)技術(shù)原理Figure 4. Broadband RF receiver technology principle

3.3.2 大瞬時(shí)帶寬基帶回波信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)

系統(tǒng)的基帶回波信號(hào)產(chǎn)生單元采用大瞬時(shí)帶寬基帶回波信號(hào)產(chǎn)生技術(shù),主要包括寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)和高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換技術(shù),用于解決瞬時(shí)帶寬大、二維面目標(biāo)和三維體目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)調(diào)制速率高以及實(shí)時(shí)性要求高等需求問(wèn)題,如圖5所示。其中,DRFM采用了超高速的A/D、D/A變換器、高速大容量現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯控制器件FPGA(Field-Programmable Gate Array)[16-17]、雙口SDRAM(Synchronous Dynamic Random-Access Memory)等高速器件,可達(dá)到瞬時(shí)帶寬為1 000 MHz、延遲精度為5 ns、多普勒精度為1 Hz、存儲(chǔ)深度為4 ms的技術(shù)指標(biāo)。

圖5 大瞬時(shí)帶寬基帶回波信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)原理Figure 5. Principle of technology for generating large instantaneous bandwidth baseband echo signals

高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換板由一套多片固態(tài)閃存芯片陣列組成,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度高,能夠存儲(chǔ)總量1 TB的數(shù)據(jù)。板載FPGA作為固態(tài)閃存陣列的控制器,其數(shù)據(jù)交互通過(guò)4個(gè)12芯的光纖接口進(jìn)行,光纖接口的最高設(shè)計(jì)速度為6.25 Gbit·s-1,以滿(mǎn)足系統(tǒng)調(diào)制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換需要。

3.3.3 目標(biāo)RCS數(shù)據(jù)獲取與調(diào)制技術(shù)

高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一維距離像目標(biāo)、二維面目標(biāo)和三維體目標(biāo)的模擬。但無(wú)論是一維距離像目標(biāo)、二維面目標(biāo)還是三維體目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù)都需進(jìn)行大量的仿真計(jì)算,RCS數(shù)據(jù)量也較大,在基帶信號(hào)上調(diào)制的RCS數(shù)據(jù)需要較高的數(shù)據(jù)傳輸率。目標(biāo)RCS數(shù)據(jù)獲取與調(diào)制技術(shù)用于解決目標(biāo)回波RCS數(shù)據(jù)仿真計(jì)算和高速調(diào)制問(wèn)題。為了獲取目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù),系統(tǒng)的目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù)仿真計(jì)算服務(wù)器采用RadBase、XPATCH、FEKO、GRECO-CMT、NURBS、NESC等典型的復(fù)雜目標(biāo)RCS計(jì)算仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。首先建立目標(biāo)的基礎(chǔ)模型,再進(jìn)一步完成高精度目標(biāo)的三維幾何模型,然后引入復(fù)雜目標(biāo)RCS計(jì)算仿真軟件,按照頻率步、角度步進(jìn)行全頻段范圍、各姿態(tài)角度模擬仿真,對(duì)目標(biāo)電磁散射特性進(jìn)行分析、預(yù)估與仿真,反復(fù)迭代修正,從而獲得一維距離像目標(biāo)、二維面目標(biāo)、三維體目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù)。目標(biāo)RCS調(diào)制因子的解算過(guò)程實(shí)質(zhì)為目標(biāo)RCS的電壓量與雷達(dá)發(fā)射采樣信號(hào)的線性卷積過(guò)程[18],因此可以用時(shí)域卷積法進(jìn)行解算[19]。為了在基帶信號(hào)上實(shí)時(shí)、高速、準(zhǔn)確地調(diào)制獲得的目標(biāo)RCS特征數(shù)據(jù),一方面需要寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻和高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換板,另一方面需要優(yōu)化快速調(diào)制方法,主要是采用在數(shù)字域進(jìn)行時(shí)延數(shù)據(jù)和目標(biāo)RCS特性數(shù)據(jù)的卷積調(diào)制,如圖6所示。

圖6 目標(biāo)RCS特性數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)原理Figure 6. Principle of target RCS characteristic data modulation technology

3.3.4 寬帶捷變頻率合成器技術(shù)

寬帶捷變頻率合成器[20]單元的主要功能是為高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的寬帶射頻接收機(jī)單元和寬帶射頻通道單元提供中上、下變頻所需的本振信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的寬頻帶、精細(xì)步進(jìn)、快速引導(dǎo)的寬帶捷變頻率合成器,采用了寬帶捷變頻率合成器技術(shù)。該技術(shù)采用大頻率步進(jìn)的直接式頻率合成器產(chǎn)生的標(biāo)頻信號(hào)和可進(jìn)行頻率精細(xì)控制的數(shù)字直接頻率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行上變頻合成,從而生成可連續(xù)快速調(diào)整頻率的標(biāo)頻信號(hào)。

寬帶捷變頻率合成器技術(shù)由精頻率步跳FFS1產(chǎn)生的精細(xì)頻率信號(hào)與粗頻率步跳FFS2產(chǎn)生的粗頻率信號(hào)混頻濾波后,再同粗頻率步跳FFS3和FFS4產(chǎn)生的頻率信號(hào)進(jìn)行混頻,通過(guò)開(kāi)關(guān)濾波器組濾波和放大器放大后輸出所需的寬頻帶、精細(xì)步進(jìn)的低相噪本振信號(hào)。為保證變頻輸出信號(hào)的相參性,各標(biāo)頻及DDS均是一個(gè)以100 MHz低相噪晶體振蕩器的頻率為基準(zhǔn)而產(chǎn)生的連續(xù)波信號(hào)。寬帶捷變頻率合成器技術(shù)原理如圖7所示。

圖7 寬帶捷變頻率合成器技術(shù)原理Figure 7. Principle of broadband agile frequency synthesizer technology

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果,首先建立某典型戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)的二維幾何模型,利用RadBase仿真軟件獲得該典型戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)的RCS特征數(shù)據(jù),再利用RadBase仿真軟件進(jìn)行二維成像仿真,最后利用高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)進(jìn)行射頻仿真和二維成像處理。RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果對(duì)比如圖8所示,其中圖8(a)為RadBase仿真結(jié)果,圖8(b)為射頻仿真二維成像處理結(jié)果。

(a)

(b)圖8 RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果對(duì)比(0°)(a)RadarBase二維成像結(jié)果 (b)射頻仿真二維成像處理結(jié)果Figure 8. Comparison of RadBase simulation result and RF simulation 2D imaging processing result(0°)(a)RadBase 2D imaging processing result (b)RF simulation 2D imaging processing result

為了將圖像散射點(diǎn)能和典型飛機(jī)目標(biāo)部位對(duì)應(yīng),便于RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果分析對(duì)比,在RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果圖上疊加典型飛機(jī)目標(biāo)輪廓線后的對(duì)比圖如圖9～圖11所示。

(a)

(b)圖9 疊加典型飛機(jī)目標(biāo)輪廓線后的RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果對(duì)比(0°)(a)RadarBase二維成像結(jié)果 (b)射頻仿真二維成像處理結(jié)果Figure 9. Comparison of RadBase simulation result and RF simulation 2D imaging processing result after superimposing typical aircraf target contours(0°)(a)RadBase 2D imaging processing result (b)RF simulation 2D imaging processing result

(a)

(b)圖10 疊加典型飛機(jī)目標(biāo)輪廓線后的RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果對(duì)比(20°)(a)RadarBase二維成像結(jié)果 (b)射頻仿真二維成像處理結(jié)果Figure 10. Comparison of RadBase simulation result and RF simulation 2D imaging processing result after superimposing typical aircraf target contours(20°)(a)RadBase 2D imaging processing result (b)RF simulation 2D imaging processing result

(a)

(b)圖11 疊加典型飛機(jī)目標(biāo)輪廓線后的RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果對(duì)比(180°)(a)RadarBase二維成像結(jié)果 (b)射頻仿真二維成像處理結(jié)果Figure 11. Comparison of RadBase simulation result and RF simulation 2D imaging processing result after superimposing typical aircraf target contours(180°)(a)RadBase 2D imaging processing result (b)RF simulation 2D imaging processing result

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)RadBase仿真結(jié)果和射頻仿真二維成像處理結(jié)果的對(duì)比可知,利用所述高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)進(jìn)行某典型戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)的模擬結(jié)果與利用RadBase仿真軟件進(jìn)行某典型戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)的仿真結(jié)果一致,證明了高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的有效性,可較為真實(shí)地模擬高距離分辨率雷達(dá)的回波信號(hào),滿(mǎn)足高距離分辨率雷達(dá)的研制、生產(chǎn)、調(diào)試、測(cè)試、試驗(yàn)以及檢驗(yàn)需求,對(duì)高分辨力雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模擬系統(tǒng)的研制具有較好的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。