制導雷達回波信號模擬器設計

宋志剛

（92941部隊，遼寧葫蘆島 125000）

制導雷達回波信號模擬器設計

宋志剛

（92941部隊，遼寧葫蘆島 125000）

運用雷達信號模擬技術，研制了指令制導艦空導彈武器系統用目標模擬系統。闡述了模擬器的系統結構、收發模塊及基于數字儲頻技術的信號模擬模塊硬件設計方法，構建出適用于指令制導武器完整作戰過程的雷達信號模擬系統。建立了指令制導武器系統多頻段雷達回波信號幅度、結構、多普勒頻率等參數模型。

制導雷達 回波模擬器 DRFM FPGA

雷達回波信號模擬器廣泛應用于雷達調試、試驗及雷達對抗等領域，能夠逼真模擬雷達信號替代實際回波。本文基于DRFM技術設計一種雷達回波模擬器，用于模擬指令制導導彈武器作戰過程中相關雷達信號，通過接收搜索警戒雷達、跟蹤制導雷達等的輻射信號，經過存儲和分析，變換和轉發，模擬搜索警戒雷達、跟蹤制導雷達，導彈制導指令等不同頻率回波信號，代替實際配合目標，保障武器系統完成從搜索、目指、跟蹤制導全過程。

1 硬件設計

1.1 系統結構

模擬器采用數字射頻存儲器（Data Radio Frequency Memory，DRFM）+上位機結構。主要由DRFM單元、接收機、發射機、頻率綜合器、收發天線及上位機（CPU板）組成，如圖1所示。

模擬器接收天線接收雷達輻射的射頻信號送入接收機，射頻信號經放大、下變頻，轉化為中頻信號由DRFM進行采集、存儲，按要求生成目標和雜波信號，并調制到數字中頻信號上，經數模轉換輸出模擬中頻信號，送發射機；發射機進行上變頻，將中頻信號轉換為射頻信號，經發射天線向空間輻射，供相應雷達接收。為了保證模擬器接收信號的頻率與發射信號的頻率一致，需要高穩定度的頻率合成器及為發射機和接收機提供上變頻和下變頻所需的本振信號。

圖1 雷達回波信號模擬器系統結構

圖2 接收模塊原理框圖

圖3 發射模塊原理框圖

圖4 DRFM系統原理框圖

1.2 收發模塊設計

收、發模塊分別集成于一塊6U插板。接收模塊由寬帶射頻模塊、射頻下變頻模塊和中頻下變頻模塊構成，如圖2所示。實現接收雷達發射的寬帶射頻信號，進行濾波、增益控制和放大。信號分兩路，一路由對數檢波放大器檢出雷達射頻脈沖，并與檢波電平信號進行比較，生成視頻檢波信號，作為DRFM的同步信號；另一路轉換為中頻信號，經低通濾波后送給DRFM處理。

發射模塊由中頻上變頻模塊、寬帶射頻上變頻模塊和寬帶功放模塊構成，如圖3所示。發射機采用基于微波單片集成電路（MMIC）多級放大式設計方案，可實現發射機發射波形調制方式及脈沖頻率多樣、功率控制靈活，具有將DRFM輸出的信號經混頻、放大和幅度控制，形成最終的段寬帶射頻信號，經發射天線輻射到空間功能。

1.3 數字射頻存儲模塊設計

數字射頻存儲器（DRFM）是一種可儲存任意射頻信號，并在延遲可編程時間后精確輸出的存儲設備。數字儲頻具有瞬時帶寬處理DRFM單元是該模擬器的核心，它存儲、重構雷達中頻信號，是產生各種目標運動回波和雜波的基礎。DRFM由模/數（A/D）變換采樣、數字下變頻（DDC）、數據存儲器、信號處理器、數字上變頻（DUC）、數模（D/A）變換以及輸入/輸出接口電路組成，如圖4所示。A/D采樣轉換將輸入信號變成數字信號，完成中頻信號數字化過程。DDC單元實現數字中頻信號的下變頻、數據抽取、低通濾波，輸出I/Q正交數字信號。數字上變頻（DUC）單元實現I/Q正交數字基帶信號的低通濾波、數據插值、正交上變頻到數字中頻信號。D/A轉換器將模擬的中頻數字信號轉換為中頻模擬信號，輸入發射機。FPGA為信號處理器，對目標信號、二次反射信號進行多普勒頻移、距離延遲處理和幅度的調制，對雜波進行功率譜和距離延遲調制，形成雷達回波信號。

能力，存儲頻率精度高，信號相位信息不丟失，保真度好，存儲時間不受限制，連續復制的信號與原雷達信號完全一致，能逼真模擬多普勒信號和脈沖壓縮信號。

2 雷達回波信號模型

雷達回波的特性參數包括目標距離、回波幅度、幅度起伏、多普勒頻移等。模擬器模擬的回波形式為數字回波，其可根據模型生成的數據或使用實采信號生成。實采回波的準確度由回波采集器的精度和準確度決定；模擬的數字回波的準確度由目標模型和環境模型的選擇決定。本系統模擬信號為由上位機根據下述模型計算產生數字回波。目標距離的模擬由設定的目標進入距離、運動速度和方向以及雷達工作時間的變化計算產生，回波幅度的模擬要根據距離方程和目標散射截面的變化計算產生，多普勒頻率的模擬主要體現在目標回波的相位變化。

3 設計中的注意事項

為實現設備的便攜性要求，需將系統將高頻、中頻信號集成于一塊插板，多種頻段雷達信號集中于一個工控機箱內處理，為保證系統正常工作，需要考慮電磁兼容、散熱等設計。

3.1 電磁兼容特性設計

高、中、低頻信號相互交錯，高速PCB布線的不合理，相互之間會產生較大干擾，影響系統的電磁兼容特性，在設計中應重點考慮。器件的選用應充分考慮各自的輸入輸出信號、工作頻率等。DRFM中高性能A/D變換器的電磁輻射較強且易受干擾，應使用屏蔽罩將其屏蔽，隔絕內外信號串擾。為防止插板間干擾，高頻電路插板也應加屏蔽罩。同時，PCB采用多層板，使用獨立的電源層和接地層，數字地、模擬地、系統地和屏蔽地應分別考慮，采用多點接地和就近接地，把不同功能的地線分開。在布線方向，盡量減少電源線走線的有效包圍面積，避免長距離平行布線及導線夾角大于90度，避免信號產生反射和諧波。

3.2 散熱設計

PCB電路板中包含有大功率器件，工作過程中散熱量較大，為主要散熱器件。芯片的選擇應盡量選用性能等級較高的系列，另外整個目標模擬系統的機箱應具有良好的散熱性，否則，熱積累到一定程度后，可能會發生溫漂，輸出數據誤差增大。

4 結語

本文對基于DRFM的制導雷達回波信號模擬器的總體方案設計進行了闡述。系統設計中應用了系統模擬的思想和模塊化設計思想，實現了整個系統低成本、便攜要求，系統結構簡單，設計靈活，具有良好的通用性和擴展性。

［1］賈文超.基于DSP處理器的多普勒雷達系統設計［J］.長春工業大學學報，2007，28（1）：70-73.

［2］沈昆.雷達干擾信號產生系統實現［J］.計算機仿真，2004，22（5）：36-37.