通用儀表在雷達試驗中的應用*

馬　可

(西安電子工程研究所　西安　710100)

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通用儀表在雷達試驗中的應用*

馬可

(西安電子工程研究所西安710100)

摘要介紹了利用任意波形發生器N8242A和矢量信號源E8267D在雷達試驗中的應用方法。先通過N8242A產生I、Q兩路模擬基帶信號，再利用E8267D調制到所需頻段。對于超大帶寬信號，可以通過加裝倍頻器來產生。以線性調頻信號為例，給出了產生Ka波段帶寬為250MHz和1GHz線性調頻信號的具體步驟和方法。最后介紹了通用儀表在雷達試驗時的實驗室方法，并說明了幾點注意事項。

關鍵詞任意波形發生器; 矢量信號源; 雷達試驗

Class NumberTN95

1引言

近年來，隨著精確制導武器和反輻射導彈的發展，傳統雷達遭遇到毀滅性威脅的概率增大。反輻射導彈通過截獲目標雷達的發射信號鎖定目標位置，進而對其進行摧毀。通過設計一種低截獲概率(Low Probability of Intercept, LPI)雷達[1～2]，防止發射信號被截獲、檢測和識別，就可以使雷達免遭反輻射導彈的毀傷。日益嚴峻的威脅使得LPI雷達的研制必須在有限時間內完成。這就需要方便快捷地產生各類LPI雷達信號以及時完成各類性能測試。

雷達試驗方法通常有四種:專用雷達目標模擬器、虛擬作戰環境實驗、實際作戰環境實驗和通用儀表測試。專用雷達目標模擬器是針對具體雷達系統研制的，其通用性和擴展性較差，實現成本較高。虛擬和實際作戰環境實驗可以真實地測試出雷達系統的工作性能，但是其針對性很強，需要耗費大量的人力物力和時間，實現成本非常高。采用通用儀表測試可以模擬各類復雜雷達信號，這種方法擴展性能好、通用性強，實現時間短而且成本低[3]。

安捷倫公司的矢量信號源E8267D可以方便地模擬帶寬小于80MHz的各類雷達信號[4]，但是對于產生更大帶寬的雷達信號必須增加相應功能模塊。本文通過任意波形發生器N8242A產生基帶I/Q信號，再利用E8267D的I/Q調制功能將其混頻到所需頻段的方法產生大帶寬調頻信號，以便捷地產生各類LPI信號進行實驗室測試。

2通用儀表介紹

安捷倫公司的任意波形發生器N8242A具有1.25GHz或625MHz的采樣率，可以利用自帶軟件和Matlab生產高保真復雜的調制信號[5]。當與寬帶I/Q上變頻器連用時，它可以在微波頻率上實現1GHz調制帶寬(1.25G采樣率)或500MHz調制帶寬(625M采樣率)。

安捷倫公司的矢量信號源E8267D覆蓋250kHz～44GHz的頻率范圍，輸出功率可以達到23dBm典型值，相位噪聲為-120dBc/Hz典型值，可以產生各類數字和模擬調制，并具有80MHz射頻帶寬的內置基帶發生器，同時還具有外部模擬I/Q輸入功能[6]。

利用任意波形發生器N8242A產生基帶調制信號，通過模擬I/Q輸出到矢量信號源E8267D的外部模擬I/Q輸入端，選擇好輸出功率和頻段并將E8267D設置為調制模式，就可將大帶寬調頻連續波信號輸出到所需的頻段上。但是，沒有加裝相應寬帶外部I/Q輸入功能模塊的E8267D只能輸入單邊200M帶寬的模擬信號。所以，如果需要產生超寬帶信號，可以購買寬帶外部I/Q輸入模塊或者利用在E8267D輸出端加裝倍頻器的方法產生。

3信號模擬

基帶信號的模擬是通過Matlab軟件編寫所需信號程序，并生成安捷倫軟件所需的bin文件。這種方法簡單直觀，只需列出所需基帶信號的數學表達式，并用任意波形發生器的采樣率對其進行采樣即可。下面以線性調頻信號為例，分別介紹模擬帶寬250MHz和1GHz信號的方法。本文采用的通用儀表具體型號為N8242A 625MS/s和E8267D OPT H44。在模擬信號前應在計算機中安裝安捷倫公司的Control Utility軟件。

3.1Ka波段帶寬250MHz的線性調頻信號

用Matlab編寫帶寬250MHz的線性調頻信號，并利用安捷倫公司自帶的函數生成相應bin文件，程序為

clear all; close all; clc;

fs = 625e6;%N8242A的采樣頻率

T = 500e-6;%調頻時長

B = 250e6;%帶寬

t = 0:1/fs:(T-1/fs);

u = -B/T;%調頻斜率

ft2 = exp(1i*2*pi*B/2*t + 1i*pi*u*(t.^2));%信號形式

ft2 = ft2(1:312496);%信號點數為8的整數倍

ft2i = real(ft2);%信號i路

ft2q = imag(ft2);%信號q路

agt_awg_savebin(′B250_2i′,ft2i);% 產生i路信號bin文件

agt_awg_savebin(′B250_2q′,ft2q);% 產生q路信號bin文件

上述程序中函數agt_awg_savebin(*)為Control Utility自帶的Matlab函數，它將所寫信號轉換為*.bin文件，并要求信號點數必須為8的整數倍。程序中信號取前312496個點，N8242A最多支持8388608個采樣點。程序中信號頻率是由B/2調制到-B/2，這是因為E8267D的單邊帶寬只有200M，如果從信號頻率由B=250MHz調制到0，會導致200M以上的頻率被濾波器濾掉。程序運行后，會在對應的文件夾中生成B250_2i.bin和B250_2q.bin兩個文件。

圖1　Control Utility軟件連接界面

用網線連接計算機與N8242A，設置相應IP地址，打開Control Utility軟件，如圖1所示。

圖2　Control Utility軟件設置界面

點擊“OK”按鈕，進入Control Utility界面，在Channel1 Waveform和Channel2 Waveform中分別選擇B250_2i.bin和B250_2q.bin文件。并在右側Output對話框中通過開關選擇導通電路。將兩路全部導通后，在Play Mode中選擇Continuous，如圖2所示。點擊“Play”按鈕后就可以產生基帶調頻信號。

在Control Utility軟件中，Clock選項可以選擇參考時鐘，Triggers選項可以設置各類觸發。如果需要設置上升沿觸發，可以將觸發信號通過電纜連接至Triggers輸入口，并在Control Utility軟件中右側Triggers選項內Start中選擇相應輸入口，根據需要在Play Mode中選擇輸出連續波(選擇Continuous)，或者每次觸發輸出n次波形(選擇Burst，并在Count選項中選擇輸出次數n)。在Triggers選項內通過選擇DELAY框內時延大小(單位為ns)還可以調整觸發到輸出信號的時延。如圖3所示。

圖3　Control Utility軟件設置界面

將N8242A面板上CH1 OUT+和CH2 OUT+輸出端通過電纜連接至E8267D面板上INPUT的I端和Q端上。并在E8267D面板上“I/Q”和“Mux”選單內設置好相應輸出模式，同時將Mod選擇為on。選擇輸出信號頻率和功率，將Rf選擇為on后即可輸出所需信號。本文選擇中心頻率為35GHz的載波信號，將N8242A產生的基帶信號通過E8267D加載到35GHz上，輸出后連接頻譜分析儀，如圖4所示。

圖4　Center 35GHz, Span 500MHz

圖4中可以看出，頻譜分析儀中心頻率為35GHz，Span為500MHz，所生成的信號帶寬是250MHz，掃頻范圍為35G-125MHz～35G+125MHz。

3.2Ka波段帶寬1GHz的線性調頻信號

帶寬1GHz的線性調頻信號已經超過E8267D的帶寬限制，不能直接通過基帶信號混頻得到。利用倍頻器，可以將較低頻段較小帶寬的信號倍頻到所需的頻帶和帶寬。那么通過產生一個較低頻段帶寬為250MHz的信號，經過四倍頻就可以得到Ka波段帶寬為1GHz的線性調頻信號。

利用上節中的方法產生一個中心頻率為8.75GHz帶寬為250MHz的線性調頻信號，E8267D的輸出信號連接到頻譜分析儀上，如圖5所示。

圖5　Center 8.75GHz, Span 500MHz

將E8267D輸出的信號經過四倍頻器，就可以輸出一個中心頻率為35GHz帶寬為1GHz的線性調頻信號，連接得到頻譜分析儀上，如圖6所示。

圖6　Center 35GHz, Span 2GHz

由于倍頻器為有源器件，E8267D輸出的信號應滿足倍頻器輸入信號最低功率的要求，而且要注意經過倍頻器輸出的信號功率不是E8267D面板上顯示的功率。

3.3信號產生步驟總結

利用通用儀表產生大帶寬線性調頻信號的步驟可以總結如下:

1) 通過網線連接計算機和任意波形發生器N8242A，通過電纜連接N8242A和E8267D；

2) 用Matlab軟件編寫點數為8的整數倍的調頻信號，并利用安捷倫自帶函數生成相應信號I/Q兩路*.bin文件；

3) 在Control Utility軟件中選擇I/Q兩路*.bin文件，并設置相應觸發和時鐘；

4) 在E8267D中設置所需載波信號的頻率和功率，設置I/Q模式；

5) 點擊Control Utility軟件的“Play”按鈕，打開E8267D中的Mod和Rf開關；

6) 利用倍頻器時，應根據所需信號頻段和帶寬產生倍頻前的信號。

4實驗室試驗方法

線性調頻連續波雷達是一種LPI雷達，其具有峰值功率低、時寬帶寬積大、測距測速精度高、無近距離盲區、體積小易實現等優點[7～8]。以某超近程連續波雷達[9～10]試驗為例，介紹其利用通用儀表在實驗室中的具體試驗方法。在實驗室中，雷達與通用儀表的架設關系如圖7所示。

圖7　雷達與通用儀表架設

雷達設備與通用儀表在實驗室中相隔一定距離，通用儀表與天線利用射頻電纜相連接。從雷達輸出的同步參考信號10MHz用BNC插頭的電纜連接至E8267D的“10MHz IN”插座，從雷達輸出的觸發信號連接至N8242A的“TRIGGER”插座。并將E8267D的“10MHz OUT”連接至N8242A的“AUX 10MHz REF IN”。

試驗開始時，雷達開機，將用第3節方法寫好的測試信號由儀表產生。通過天線將信號向雷達輻射。這樣通過控制儀表產生不同頻率、幅度、延時，可以模擬各種狀態下的目標回波，以對雷達性能進行測試。試驗中應注意以下幾點:

1) 基帶信號只需寫一個周期，并在周期后部將信號空置若干零點。因為每周期的信號均由觸發信號觸發。當觸發信號周期與基帶信號周期完全相同時，有時會使相鄰的周期無法被觸發，所以應該使基帶信號周期略小于觸發信號周期(基帶信號尾部置零)，這樣就可以使基帶信號每周期都觸發上。

2) 同步參考信號10MHz連接好時，E8267D的顯示板上會顯示“EXT REF”，試驗時應注意此標識是否存在。因為如果10MHz信號沒有連接好，會導致E8267D輸出的信號頻率與雷達的信號頻率有略微的差異，影響試驗的準確性。

3) 通用儀表由天線輸出信號，應保證此天線的極化方式與被測雷達天線的極化方式相同。

5結語

本文通過使用N8242A和E8267D產生帶寬為250MHz和1GHz線性調頻信號的兩個具體實例，給出了通用儀表產生超寬帶線性調頻雷達信號的具體步驟和方法。通過Matlab編寫基帶信號，可以產生不局限于線性調頻的各類LPI信號。這種方法擴展性能好、通用性強，實現時間短且成本低。并在實驗室試驗方法中給出通用儀表在雷達試驗中的具體使用方法，并結合作者在試驗時遇到的問題給出了幾點注意事項。希望可以為今后的雷達試驗提供一些參考。

參 考 文 獻

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[3] 李為玉,將曉紅.矢量信號源E8267D在雷達目標信號模擬中的應用[J].測控技術,2011,30(增刊):128-131.

[4] 安捷倫科技.利用E8267C PSG矢量信號源發生器進行雷達發射機模擬應用指南[Z].2004.

[5] Agilent Technologies. N8242A Arbitrary Waveform Generator Synthetic Instrument Module, 10-bit, 1.25GS/s or 625MS/s [Z]. 2010.

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[10] 馬可,李慧敏,李斌等.連續波在戰車主動防護系統中的應用分析[J].車輛與動力技術,2014(1):6-12,29.

Application of Common Instruments in Radar Experiment

MA Ke

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an710100)

AbstractThe application method of using arbitrary waveform generator N8242A and vector signal in radar test is introduced. Firstly, I path and Q path baseband signals are generated by N8242A, then E8267D is utilized to modulate the frequency in what you want. It can generate an ultra-wide band signal by adding frequency doubles. Taking the linear frequency modulation signal as an example, a method and detail steps for generating 250MHz and 1GHz bandwidth LFM signals in Ka band are provided. At the end of the paper, the laboratory method of common instrument is introduced, and some points for attention are explained.

Key Wordsarbitrary waveform generator, vector signal generator, radar experiment

* 收稿日期：2015年11月10日,修回日期：2015年12月20日

基金項目：武器裝備預先研究基金資助項目(40405060201)資助。

作者簡介：馬可，男，碩士，工程師,研究方向：雷達總體設計。

中圖分類號TN95

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.035