回波信號模擬器在同體制雷達中的應用

韓亞娥

摘要：雷達信號模擬器（Radar Simulator）是隨著雷達技術的發展而產生的一種新的輔助設備，能夠完成目標回波信號和外部雜波干擾信號的模擬仿真，是維修人員平時進行雷達檢測的一個重要的輔助工具和訓練雷達操作員的重要仿真設備。隨著雷達技術的進步帶來的是雷達模擬器的革命性發展。

關鍵詞：可控跳頻;可控的延時發射;人性化操作;小體積

1引言

本文是在結合某型號雷達回波信號模擬器實際研制工作的基礎上，應用光纖延遲技術進行脈沖雷達的電磁波延遲，可模擬目標雷達回波信號對雷達進行功能及部分性能檢測。該模擬器特點是無需外部觸發，能夠實現對配套雷達發射的射頻信號的接收處理，產生一個經過特定延時并且精確度較高的模擬射頻回波信號，從而實現對雷達的某個固定距離點上的目標模擬，通過預設定的方式對模擬器進行頻點設定，可以使其工作頻點與配套雷達當前工作頻點相同。其工作原理如下：

首先，根據現場的實際情況，通過設置模擬器電源單元面板上的供電選擇開關，使模擬器工作在蓄電池或外部交流電供電模式。若為220V交流供電，則由內部電源模塊將其轉換為+27V，供模擬器內部模塊及控制板使用;若為蓄電池供電，該蓄電池可直接提供+27V，供模擬器其它部分使用。

模擬器開機后，根據需要模擬的距離和雷達工作頻點，在模擬器前面板進行延時及頻點設定，模擬器控制板將設置的信號轉換為控制指令分別送給延時模塊和面板指示燈。

完成設置后，模擬器進入穩定接收狀態，等待雷達發射的無線電射頻信號。當模擬器接收天線接收到雷達發射的信號后，首先由功率衰減器對該信號進行衰減，以滿足延時模塊最大輸入功率0dBm的要求。之后，該信號進入延時模塊，并由延時模塊對該信號進行多級模擬濾波延時。

雷達發射信號經延時模塊的延時處理，輸出信號約為-20dBm，再經過限幅功率放大組件，最終由模擬器的發射天線發射給雷達。

2 ?延時模塊

延時模塊主要是將來自接收天線的雷達信號進行延時后轉發，對應的延時時間為30us、60us等根據需要可選。延時模塊工作頻率可與雷達工作頻率設置一致，共19個頻點，其頻率控制為5bit單端TTL電平，由前面板進行設置，經控制板轉發給延時模塊，根據實際使用時架設距離本模擬器最大輸入功率10dBm。為了確保延時模塊輸入功率≤10dBm，將在接收天線和延時模塊之間增加可調節衰減器。

延時插損為：≤45dBm@20us，經放大補償后，信號輸出功率≥-35dBm，能夠滿足后端功放模塊輸入需求。

整個延時模塊供電為+12V（約300mA）、+5V（約1500mA）、-5V（約300mA）。射頻信號收發端口均采用SMA-KFK接口，供電及控制電平采用標準矩形插座，體積約為180mm×120mm×70mm。

3 ?功放模塊

功放模塊主要是將來自延時模塊的小功率信號進行功率放大，以達到模擬器輸出功率要求，該模塊收發端口均采用SMA-KFK接口，供電及控制采用焊接形式。

4 ?電源單元

電源單元由直流電源和蓄電池組成，直流電源主要將220V/50Hz交流電轉換為+27V直流電壓，蓄電池主要在無220V/50Hz交流電時為模擬器供電。

模擬器通過面板的雙刀雙擲開關實現直流電源和蓄電池的切換，兩個模塊+27V供電均連接到信號處理單元供電插座上，再由信號處理單元中的控制板將+27V電壓轉換為其他部分所需的+5V、+12V、-5V供電。

具體原理見圖2。

5 ?模擬器控制板

模擬器控制板是將前面板上的設置轉換為控制電平，用于完成對其它模塊的控制輸入。

控制板主要由DC/DC電源模塊、FPGA芯片及其配置電路構成，對外通過矩形插座進行通訊。DC/DC模塊主要將+27V電壓轉換為控制板所需的+5V、+12V、-5V電壓，FPGA用于實現對面板按鈕響應、數碼管顯示及指示燈控制，同時輸出延時模塊所需的頻率控制、延時控制電平，完成模塊輸入狀態檢測。

6 ?試驗過程

試驗結合我單位實際產品XXX雷達，將模擬器架設在雷達角度范圍內距離雷達約100m，模擬器和雷達之間無遮擋，將模擬器喇叭通過射頻和箱體連接，并使角錐喇叭基本對準雷達。

架設完畢后雷達開機，模擬器加電。按照當前雷達工作模式，將模擬器設置為遠區80us脈寬，延時100us，頻率9.3GHz，并將雷達送來的差分觸發線連接到模擬器箱體的觸發接線柱上。雷達搜索區域設置在15000m處，角度覆蓋模擬器所在位置，啟動雷達搜索指令，雷達捕獲目標并轉入對目標的跟蹤。經常時間觀察，雷達能夠對模擬器建立穩定跟蹤，從而通過實驗驗證模擬器設計有效。

7 ?數據分析

按照6的方法，將模擬器架設在相對于雷達FW3°，俯仰-0.3°位置，模擬距離4500m時，通過雷達對模擬器進行了20次試驗。以下分別從能否成功捕獲模擬器、測量的距離精度、方位角、俯仰角精度等4方面進行了分析，分析結果見圖4～圖6。

8 ?應用前景

某型雷達目前已被廣泛應用于軍事、民用各領域，我單位也有多個型號的該型雷達，其在外場調試、雷達整機接收通道有效性調試、外場抗干擾測試等領域均需要攜帶大量昂貴儀器，這種方法不但費時費力，且對環境要求較高。

雷達模擬器的能有效解決上述問題，其成效主要體現在：

1）該雷達模擬器的研制，可有效替代儀器，完成雷達的外場調試，降低儀器使用頻率和損耗，防止儀器在外場惡劣環境使用的損壞，節約儀器使用成本;

2）方便同波段相同體制雷達的場外調試測試。雷達需要靠目標體的反射完成信號回波的采取，在外場試驗環境下較難達到;同時，因為周圍環境因素的干擾，回波信號會加入多徑、雜波等不利因素。但采用觸發模式的一次雷達模擬器后，能夠從時域避開近距雜波，而且因采用了有線觸發，模擬器能夠產生不受干擾的穩定模擬回波信號;

3）在外場1：1電磁兼容試驗時，使用雷達模擬器能夠節省儀器和人力成本，方便電磁兼容測試試驗，而且這種測試方法能夠真實反映雷達本身電磁兼容特性。

（作者單位：陜西長嶺電子科技有限責任公司）