CN102590794A - 一种宽带相参雷达目标模拟器 - Google Patents
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Abstract
一种宽带相参雷达目标模拟器，是由接收端、发射端、功分器、下混频器、上混频器、瞬时测量接收机、DSP处理器、干扰调制器、PC机、目标回波时延补偿、调频步进频本振源、高分辨率雷达信号模拟模块组成；舰载雷达发射x波段调频步进频信号，雷达模拟器通过喇叭天线接收该信号，调频步进频本振源产生本振信号，经下混频去斜后产生中频信号经功分器分成两路，一路送给瞬时测量接收机完成对雷达载频信号、雷达脉冲重复周期、脉宽、脉幅参数的测量，一路送给高分辨率雷达信号模拟模块完成高分辨率一维目标距离像的模拟；目标回波时延补偿，解决去斜率时延的增大RMS衰减问题，经补偿的中频信号送往干扰调制器。本发明构思科学，所用器件数量少，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带相参雷达目标模拟器(简称雷达模拟器)，属于宽带雷达目标信号模拟校验技术领域，它在高分辨率雷达修理后或研制过程中完成对雷达参数校验及性能测试。
背景技术
具有瞬时超带宽雷达，因其高的距离分辨率、抗干扰能力强、优秀目标检测和识别能力等优点，受到世界各国的普遍重视，如美国部署的地基成像雷达(GBR)，其中心频率在x波段、瞬时带宽1GHz，可探测距离为4000Km，距离分辨率为15cm；德国、加拿大、荷兰联合研制的x波段有源舰载雷达APAR等(文树梁，袁起，秦忠宇。宽带相控阵雷达的设计准则与发展方向[J].***工程与电子技术，2010，27(6)：1007-1008)。超宽带雷达在空间监视、导弹防御以及反隐身等方面具有重大战略意义。国内开展超宽带雷达科研工作相对较晚，但已取得一定的研究成果，然而在超宽带雷达***的研制和调试过程中对雷达***性能评估通过外场试验耗资巨大，难以全面测量雷达***在各种复杂环境下的性能参数(张燕青，屈红刚。某雷达目标模拟器的软硬件设计[J].火控雷达技术，2004，33(4)：61-62)，于是刘夷等人研制了一种宽带雷达回波信号模拟器，该模拟器采用了基于FPGA+A D9957结构，以固定点目标为例分析了ISAR信号目标回波的特点，最大输出带宽为200MHz，满足了工程要求。(刘夷，宿绍莹，陈曾平。一种宽带雷达回波信号模拟器设计[J]。雷达科学与技术，2010，08(2)：125-126)。随着现代高分辨雷达的输出带宽越来越高，雷达接收到的目标回波已不再是点目标，而是沿距离展开的距离像，对宽带回波信号模拟需要进一步的研究和论证，于是王超等人实现了一种基于宽带数字射频存储器和数字图像合成器的高分辨雷达目标回波模拟器，采用去斜率处理来降低***中频处理带宽，对其进行相应的调制后重构信号，从而模拟各种运动目标回波信号(王超，李毅，袁乃昌。高分辨雷达目标回波模拟器设计[J]。***工程与电子技术，2007，29(2)：1268-1269)，并且江海清等人设计了雷达欺骗干扰信号调制器，模拟了雷达回波干扰信号(江海清，高梅国，李云杰，王宗博。基于FPGA的雷达欺骗干扰信号调制器的设计[J]。现代雷达，2008，30(8)：31-32)，然而现代宽带雷达带宽达到1GHz以上，刘夷、王超等人研制的高分辨率雷达模拟器不能满足超带宽要求，此外雷达信号Stretch处理会对成像带来误差，需要对其进行补偿。
发明内容
1、目的：本发明的目的在于提供一种宽带相参雷达目标模拟器，在x波段上实现1.3GHz带宽，它解决了现有技术中存在的问题。该雷达模拟器以我国某在研的海基超宽带、高分辨率雷达为适用对象，通过空馈方式接收海基雷达发射的调频步进频信号，并对其进行相应的距离、速度、幅度调制后重构发射信号，再通过天线辐射给海基雷达，从而模拟目标各种运功状态。
2、技术方案：如图1所示，本发明一种宽带相参雷达目标模拟器，是由接收端、发射端、功分器、下混频器、上混频器、瞬时测量接收机、DSP处理器、干扰调制器、PC机(目标散射模型)、目标回波时延补偿、调频步进频本振源、高分辨率雷达信号模拟模块组成；它们之间的位置连接关系及信号走向是：舰载雷达发射x波段调频步进频信号，雷达模拟器通过喇叭天线接收该信号，调频步进频本振源产生x波段、带宽为1.3G本振信号，经下混频去斜后产生中频信号，该中频信号经功分器分成两路，一路送给瞬时测量接收机完成对雷达载频信号，雷达脉冲重复周期、脉宽、脉幅参数的测量；一路送给高分辨率雷达信号模拟模块完成高分辨率一维目标距离像的模拟。高分辨率雷达信号模拟模块由DRFM模块(数字射频存储器)和目标回波信号模拟模块组成。DRFM模块完成目标信号采样、数字序列存储，目标回波信号模拟模块完成对DRFM存储的数字序列进行距离调制、幅度调制和多普勒调制，并将结果送回到DRFM模块中。由于目标回波时延对去斜率处理的脉压主副比(RMS)影响严重，本发明加入了目标回波时延补偿，解决去斜率时延的增大，RMS衰减问题。经补偿的中频信号送往干扰调制器。瞬时测量接收机测量出的雷达参数由DSP处理器处理后得出最佳欺骗干扰并将结果送给干扰调制器，高分辨率一维目标距离像由干扰调制器调制后与调频步进频本振源上混频经射频端喇叭向舰载雷达辐射出去。PC机(目标散射模型)为雷达模拟器提供各种目标散射模型，同时控制目标回波信号模拟模块和干扰调制器协调工作，模拟产生了一个宽带雷达回波目标、欺骗干扰信号或是二者合成信号。由于上混频/下混频采用同一本振源，回放的雷达回波信号与雷达发射信号相参，满足舰载雷达回波相参技术要求。
下面对雷达模拟器各个模块结构及功能关系一一作简要介绍
所述的接收端是型号为LB-80180宽带喇叭天线，其功能是雷达模拟器通过天线接收舰载宽带雷达发射的调频步进频，该宽带信号进入雷达模拟器完成目标信号距离、速度的模拟，模拟器与天线之间通过低损耗电缆相连。
所述的发射端是型号为LB-80180宽带喇叭天线，其功能是雷达模拟器中频信号经上混频后通过发射端天线辐射出去。
所述的功分器是型号为XTGP-A0234宽带二路功分器，它对下混频的中频信号进行功分，分成两路。一路送给DRFM模块，一路送给目标回波信号模拟模块。
所述的下混频器是型号为WHSP105宽带混频器。调频步进本振源与接收到的舰载宽带雷达信号进行去斜混频，混频后输出的中频信号为单一频率的窄带信号。
所述的上混频器是型号为WHB52宽带混频器。包含有雷达目标距离和速度信息的中频信号与调频步进本振源进行宽带上混频后产生目标回波信号经由雷达模拟器发射端天线辐射给舰载宽带高分辨率雷达。
所述的DSP处理器型号是TMS320VC33，所述的瞬时测量接收机型号是DIFM080120，所述的干扰调制器原理框图见图2，这三种部件的主要功能是瞬时测量接收机完成对雷达目标信号各参数的测量，包括载频信号测量，雷达重复周期、脉宽、调频步进带宽等参数。当舰载雷达工作并辐射信号时，雷达模拟器被动接收后计算出舰载雷达的相关信息。雷达参数由DSP处理器处理后，对DFRM模块中存储的数字脉冲信号延时后做幅度调制和相位调制，得出与欺骗干扰方式和最佳欺骗干扰效果有关的决策，根据DSP处理器的处理结果控制干扰调制器完成对雷达的欺骗干扰任务，调制通过复数乘法实现。
所述的PC机(目标散射模型)是装有目标散射模型数据库和控制指令界面的台式PC机，它提供干扰调制器开启干扰指令以及为高分辨率雷达信号模拟模块提供目标散射模型，目标散射模型从PC机数据库中读取。干扰调制器开启干扰由PC机进行人为控制。目标散射模型SwerlingI、II、III、IV Targets四种类型。
所述的目标回波时延补偿完成DRFM模块模拟的目标回波信号与调频步进频本振源时延差，时延差随着目标回波信号延时变化而变化，对去斜数字脉压的主副比(RMS)影响，目标回波时延补偿原理框图见图3，主要有时间鉴别器、控制器和跟踪脉冲产生器以及波形整形电路，时间鉴别器是将DRFM频率脉冲与调频本振源脉冲在时间上比较，鉴别出它们之间的时差。当DRFM频率脉冲与调频本振源脉冲在时间上重合，输出误差电压为零。控制器的作用是将误差电压经适当变换，将其输出作为控制跟踪脉冲产生器的输入信号，使时延差向减小的方向变化，直到***稳定跟踪，从而使目标回波信号中心与本振信号中心尽可能对齐，跟踪脉冲产生器输出脉冲经波形整形电路后送入混频器。
所述的调频步进频本振源是与接收到的舰载雷达调频步进频信号相参且同步跳频的宽带信号，两者步进载频相差一个固定频率，其主要功能是与接收到的舰载雷达宽带信号完成去斜混频，产生一固定频率的中频信号，同时可以将包含由目标速度、距离、幅度信息的回波模拟信号上混频到x波段后经由雷达模拟器天线辐射出去。本发明的调频步进频本振源信号波形图见图4，Tr为脉冲重复周期，Tp为脉冲时宽，f0为载频起始频率，Δf为频率步进量，N为频率步进数，Ts为采样间隔，最后产生要产生一个与舰载雷达发射信号频率、时间斜率相同而时宽大于发射脉冲时宽的本振信号。该调频步进频本振源实现框图见图5，由FPGA模块同步产生两路控制信号，一路控制DDS芯片产生周期的线性调频信号，一路控制锁相环和综合产生周期的步进频信号，两路信号经信号调理后进行混频产生低频的调频步进频信号，信号调理主要由信号滤波电路和中频放大电路组成。输出的低频调频步进频信号经滤波处理后与x波段点频本振源进行上混频产生本发明需要的射频波段调频步进频本振源。线性调频信号实现框图见图6，采用FPGA+DDS芯片的结构，通过FPGA模块配置DDS芯片的相应控制寄存器产生线性调频信号。首先FPGA模块根据主机指令生成基带信号再由DDS芯片将基带信号调制到中频，输出后再经过滤波及中频放大，整个信号产生过程是在数字域实现完成的。步进频信号实现框图见图7，同样采用FPGA+DDS芯片的结构，设计成两个信号通道，运用正交调制方法产生单边带信号，并保证较高的镜频/载漏抑制比。数字基带电路产生0～50MHz的I/Q两路正交基带信号，并通过选择开关改变点频本振可以获得高宽带的步进频信号。该方案实现起来简单，技术成熟，所用器件数量少，成本低。
所述高分辨率雷达信号模拟模块由DRFM模块和目标回波模拟模块组成，其间相互连接，DRFM模块首先对中频模拟信号进行采样并将数据存储到RAM中，目标回波模拟模块提取RAM中数据，对其进行幅度、距离调制和多普勒调制并将数据结果重新输入到DRFM模块中，从而完成具有高分辨率雷达特性的宽带回波信号。DRFM模块原理框图如图8。DRFM模块对舰载雷达发射信号与调频步进频本振源去斜混频后产生的中频信号进行A/D采样，采样后的中频序列输入到FPGA模块进行目标信号距离、幅度以及多普勒调制。时钟控制电路提供DRFM模块时钟以及时序，使得电路协调工作。目标回波信号数字域模拟实现框图见图9，目标回波信号数字域模拟实现框图由M个串连的距离单元、数据锁存器和多普勒调制部分组成。图中移位寄存器实现对回波单元信号的幅度进行调制，延迟相加器将上一个距离单元输出的信号与本距离单元移位寄存器输出信号相加后延迟k个采样时间在传给下一个距离单元，多普勒调制部分由计数器、查表、希尔伯特变换器、两个乘法器和一个加法器构成，雷达模拟器从PC机取出目标速度经计数器计算出数字延迟后存入查表的ROM中，希尔伯特变换器产生与距离单元输出信号正交的信号序列，并用查表方式读出正交I、Q两路信号与经过数字调制的目标回波信号相乘再进行加法器求和输出中频序列送入DRFM模块。
3、优点及功效：本发明一种宽带相参雷达目标模拟器的优点：
1)可以在x波段产生1.3GHz带宽的调频步进频信号，能够模拟固定距离以及高速运动目标，满足宽带高分辨率雷达测试要求；
2)针对目标回波信号与调频步进频本振源延时差，该本发明对其进行了时差补偿，使RMS输出最大；
3)本发明在硬件电路设计方面尽量采用成熟电路和器件，尽量保证电路对称性，保证了电路的稳定性。
附图说明
图1宽带相参雷达目标模拟器结构框图
图2干扰调制器原理框图
图3目标回波时延补偿原理框图
图4调频步进频本振源信号波形图
图5调频步进频本振源实现框图
图6线性调频信号实现框图
图7步进频信号实现框图
图8DRFM原理框图
图9目标回波信号数字域模拟实现框图
图10目标回波时延对RMS变化示意图
图11线性调频信号硬件实现框图
图12线性调频信号产生控制流程图
图13步进频信号硬件实现框图见图
图14步进频信号产生控制流程图
图15DRFM电路实现框图
图16目标回波信号数字域模拟实现框图
具体实施方法
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本发明一种宽带相参雷达目标模拟器，是由接收端、发射端、功分器、下混频器、上混频器、瞬时测量接收机、DSP处理器、干扰调制器、PC机(目标散射模型)、目标回波时延补偿、调频步进频本振源、高分辨率雷达信号模拟模块组成；它们之间的位置连接关系及信号走向是：舰载雷达发射x波段宽带调频步进频信号，雷达模拟器上通过低损耗电缆连接的喇叭天线接收舰载雷达发射的宽带调频步进频信号，调频步进频本振源产生x波段，带宽为1.3G本振信号，经下混频去斜处理后产生中频信号。由于目标回波时延对去斜率处理主副比的影响严重，本发明加入了目标回波时延补偿，解决了随着去斜率时延的增大，脉压输出主副比(RMS)衰减问题，经补偿后中频信号经功分器分成两路，一路送给瞬时测频接收机完成对雷达信号各参数的测量，包括雷达载频信号的测量，雷达脉冲重复周期、脉宽、脉幅等参数。当舰载雷达工作并辐射宽带信号时，雷达模拟器接收发射信号并提供有关该雷达的载频信息，雷达参数由DSP处理器处理后得出最佳欺骗干扰效果有关的分析结果送给干扰调制器，用于与雷达目标模拟信号调制形成回波信号进行下级处理；一路送给高分辨率雷达信号模拟模块。该模块分为DRFM模块(数字射频存储器)和目标回波信号模拟模块。DRFM模块主要完成目标信号A/D采样、中频采样序列存储，目标回波信号模拟模块主要完成对DRFM模块存储的中频采样序列进行距离调制、幅度调制和多普勒调制，在数字域实现雷达目标信号一维距离像的模拟，并将结果重新输入到DRFM模块中经D/A恢复为模拟中频信号。高分辨率一维目标距离像经干扰调制与调频步进频本振源上混频经幅度调整后，就得到了具有目标信号特征的宽带信号。该信号经射频端喇叭上向舰载雷达辐射出去。PC机(目标散射模型)提供各种雷达目标散射模型，同时控制目标回波信号模拟模板和干扰调制器协调工作，能够模拟产生了一个完整的宽带雷达目标、欺骗干扰信号以及二者合成信号。图2为干扰调制器原理框图。
下面将对雷达模拟器主要模块作详细介绍
所述的接收端是型号为LB-80180宽带喇叭天线，其功能是雷达模拟器通过天线接收舰载宽带雷达发射的调频步进频，该宽带信号进入雷达模拟器完成目标信号距离、速度的模拟，模拟器与天线之间通过低损耗电缆相连。宽带喇叭天线频率工作为8～18GHz，增益典型值10dB，线极化，驻波1.5，接头为SMA-50K。
所述的发射端是型号为LB-80180宽带喇叭天线，其功能是雷达模拟器中频信号经上混频后通过发射端天线辐射出去。宽带喇叭天线频率工作为8～18GHz，增益典型值10dB，线极化，驻波1.5，接头为SMA-50K。
所述的功分器是型号为XTGP-A0234宽带二路功分器，它对下混频的中频信号进行功分，分成两路。一路送给DRFM模块，一路送给目标回波信号模拟模块。功分器指标为工作频率：6～18GHz；两路间隔离度≥18dB；***损耗≤0.7dB；电压驻波比：≤1.50(输入)，≤1.40(输出)；输入信号功率：0dBm；平均耦合度≤3.7dB；相位平衡度≤10°；幅度平衡度≤0.8dB；公共端承受功率≥30W；分配端承受功率≥1W。
所述的下混频器是型号为WHSP105宽带混频器。调频步进本振源与接收到的舰载宽带雷达信号进行去斜混频，混频后输出的中频信号为单一频率的窄带信号。混频器工作频率：Lo.RF：5～10GHz；IF：DC～2GHz；隔离度≥18Db；变频损耗≤10dB；1dB压缩点≥2dBm；本振电平：6～8dBm。
所述的上混频器是型号为WHB52宽带混频器。包含有雷达目标距离和速度信息的中频信号与调频步进本振源进行宽带上混频后产生目标回波信号经由雷达模拟器发射端天线辐射给舰载宽带高分辨率雷达。混频器工作频率：Lo：8～12GHz；隔离度≥30dB；输出功率≥10mW。
所述的DSP处理器型号是TMS320VC33，所述的瞬时测量接收机型号是DIFM080120，工作频率范围8～12GHz，不模糊带宽5119MHz，平均频率分辨力1.25MHz，测额误差3.0MHz，动态范围60dB，通过时间200ns。所述的干扰调制器原理框图见图2，这三种部件的主要功能是瞬时测量接收机完成对雷达目标信号各参数的测量，包括载频信号测量，雷达重复周期、脉宽、调频步进带宽等参数。当舰载雷达工作并辐射信号时，雷达模拟器被动接收后计算出舰载雷达的相关信息。雷达参数由DSP处理器处理后，对DFRM模块中存储的数字脉冲信号延时后做幅度调制和相位调制，得出与欺骗干扰方式和最佳欺骗干扰效果有关的决策，根据DSP处理器的处理结果控制干扰调制器完成对雷达的欺骗干扰任务，调制通过复数乘法实现。
所述的PC机(目标散射模型)是装有目标散射模型数据库和控制指令界面的台式PC机，它提供干扰调制器开启干扰指令以及为高分辨率雷达信号模拟模块提供目标散射模型，目标散射模型从PC机数据库中读取。干扰调制器开启干扰由PC机进行人为控制。目标散射模型SwerlingI、II、III、IV Targets四种类型。
所述的目标回波时延补偿完成DRFM模块模拟的目标回波信号与调频步进频本振源时延差，时延差随着目标回波信号延时变化而变化，对去斜数字脉压的主副比(RMS)影响，目标回波时延补偿原理框图见图3，主要有时间鉴别器、控制器和跟踪脉冲产生器以及波形整形电路，时间鉴别器是将DRFM频率脉冲与调频本振源脉冲在时间上比较，鉴别出它们之间的时差。当DRFM频率脉冲与调频本振源脉冲在时间上重合，输出误差电压为零。控制器的作用是将误差电压经适当变换，将其输出作为控制跟踪脉冲产生器的输入信号，使时延差向减小的方向变化，直到***稳定跟踪，从而使目标回波信号中心与本振信号中心尽可能对齐，跟踪脉冲产生器输出脉冲经波形整形电路后送入混频器。
所述的调频步进频本振源是与接收到的舰载雷达调频步进频信号相参且同步跳频的宽带信号，两者步进载频相差一个固定频率，其主要功能是与接收到的舰载雷达宽带信号完成去斜混频，产生一固定频率的中频信号，同时可以将包含由目标速度、距离、幅度信息的回波模拟信号上混频到x波段后经由雷达模拟器天线辐射出去。本发明的调频步进频本振源信号波形图见图4，Tr为脉冲重复周期，Yp为脉冲时宽，f0为载频起始频率，Δf为频率步进量，N为频率步进数，Ts为采样间隔，最后产生要产生一个与舰载雷达发射信号频率、时间斜率相同而时宽大于发射脉冲时宽的本振信号。该调频步进频本振源实现框图见图5，由FPGA模块同步产生两路控制信号，一路控制DDS芯片产生周期的线性调频信号，一路控制锁相环和综合产生周期的步进频信号，两路信号经信号调理后进行混频产生低频的调频步进频信号，信号调理主要由信号滤波电路和中频放大电路组成。输出的低频调频步进频信号经滤波处理后与x波段点频本振源进行上混频产生本发明需要的射频波段调频步进频本振源。线性调频信号实现框图见图6，采用FPGA+DDS芯片的结构，通过FPGA模块配置DDS芯片的相应控制寄存器产生线性调频信号。首先FPGA模块根据主机指令生成基带信号再由DDS芯片将基带信号调制到中频，输出后再经过滤波及中频放大，整个信号产生过程是在数字域实现完成的。步进频信号实现框图见图7，同样采用FPGA+DDS芯片的结构，设计成两个信号通道，运用正交调制方法产生单边带信号，并保证较高的镜频/载漏抑制比。数字基带电路产生0～50MHz的I/Q两路正交基带信号，并通过选择开关改变点频本振可以获得高宽带的步进频信号。该方案实现起来简单，技术成熟，所用器件数量少，成本低。
所述高分辨率雷达信号模拟模块由DRFM模块和目标回波模拟模块组成，其间相互连接，DRFM模块首先对中频模拟信号进行采样并将数据存储到RAM中，目标回波模拟模块提取RAM中数据，对其进行幅度、距离调制和多普勒调制并将数据结果重新输入到DRFM模块中，从而完成具有高分辨率雷达特性的宽带回波信号。DRFM模块原理框图如图8。
PC机(目标散射模型)提供干扰调制器开启干扰指令以及为高分辨率雷达模拟模块提供目标散射模型，雷达散射模型从PC机数据库中读取。干扰调制器开启干扰由PC机进行人为控制。同时雷达目标的速度由PC机数据库中读取，并能够通过PC机界面进行人为变化设置值。
目标回波时延补偿主要是完成DRFM模块模拟的目标回波信号与调频步进频本振源时延差。设R0为距离波门中心到雷达的径向距离一定，因延时τ0＝2R0/c τ0＝2R0/c一定，而雷达目标实际距离R不确定，即目标回波信号延时τ＝2R/c不确定，时延差随着目标回波信号延时变化而变化。
设某雷达发射LFM信号脉冲宽带T＝30us，信号带宽B＝200MHz。当采样率fs＝10MHz时，Ts＝1/10us。目标多普勒频移fd＝0kHz，时延差变化时，得到目标回波时延对RMS变化示意图见图10。由图8可知，目标回波信号与调频步进频本振源时延差为零，去斜解调效果最好，RMS最大；随着时延差增大，RMS明显下降。当时延差大于3us时，RMS下降约10dB，因此，在去斜脉压处理时须对目标回波信号与调频步进频本振源时延差进行必要补偿。图9是目标回波信号数字域模拟实现框图。
调频步进频本振源是与接收到的舰载雷达调频步进频信号相参且同步跳频的宽带信号，两者步进载频相差一个固定频率，主要功能是与接收到的舰载雷达宽带信号完成去斜混频，产生一固定频率的中频信号，同时可以将包含由目标速度、距离、幅度信息的回波模拟信号上混频到x波段后经由雷达模拟器天线辐射出去。本发明调频步进频本振源实现框图见图5，由FPGA模块同步产生两路控制信号，一路控制DDS芯片产生周期的线性调频信号，一路控制锁相环和综合产生周期的步进频信号，两路信号经信号调理后进行混频产生低频的调频步进频信号，信号调理主要由信号滤波电路和中频放大电路组成。图6为线性调频信号实现框图。
线性调频信号硬件实现框图件图11，利用计算机辅助设计，产生精准的信号采样值，以二进制的形式存放于PC中，通过B4013E FPGA控制把PC机中存储的I/Q数据分别加载到两个SRAM动态存储器中，再以60MHz的数据流送入DDS9957中。FPGA通过地址线、数据线、度/写使能以及频率更新信号来控制DDS9957工作模式和参数设置，本发明DDS9957工作在线性调频模式，输出指定参数的线性调频脉冲串。线性调频信号产生控制流程图见图12，对DDS9957进行初始化时，首先利用复位信号对DDS芯片进行初始化，使AD9957内部寄存器恢复默认值，然后在写使能信号控制下通过并口把线性调频控制字写入相应的寄存器缓冲区中，待全部写完之后由FPGA给出一路频率更新信号，此时缓冲区中的控制字同步送入DDS中，AD9957开始输出信号。要实现调频信号脉冲输出，需要将相位累加器周期性置零。当脉冲开始时，现对相位清零控制位置“0”，DDS开始输出调频信号；当脉冲需要停止时，给相位清零控制位置“1”，在更新信号的上升沿到来时，同步清除相位累加器，停止线性调频信号输出。待下一个脉冲开始时，重复上述过程便可实现调频信号脉冲串的输出，并且每个脉冲的起始相位都是从零开始，从而保证了相位的一致性。
步进频信号硬件实现框图见图13，同样利用计算机辅助设计，产生精准的信号采样值，以二进制的形式存放于PC中，通过B4013E FPGA控制把PC机中存储的I/Q数据分别加载到两个SRAM动态存储器中，再以100MHz的数据流分别将两路I/Q数据送入DDS9954芯片中。通过FPGA把DDS9954芯片配置RAM控制模式，并将基带信号DC～50MHz对应的频率字写入RAM区，使能连续循环工作模式，DDS9954便可连续循环输出步进频信号，该信号经AD8001、AD8132和SMU304A进行差分放大以及中频滤波后与HMC497LP4进行正交调制。专用频综产生0～1200MHz，步进75MHz宽带信号，经16∶1选择开关PL015输出作为HMC497LP4正交调制器载波。控制本振信号的切换，改变正交调制器的本振，可使输出信号的带宽达到1.3GHz。步进频信号产生控制流程图见图14，将该流程图详述如下：
1上电复位后，DDS9954初始化，FPGA配置DDS9954为RAM段寄存器；
2将输出指定参数的步进频信号的数据写入RAM区并激活；
3选择合适的RAM工作模式；
4启动DDS9954，循环输出步进频信号。
x波段点频源：本发明x波段点频本振源采用FSS-27，该本振频率步进：1MHz；杂散抑制度≥60dBc；单边带相位噪声：≤-90dBc/Hz10kHz；输出功率≥13dBm；谐波抑制度≥30dBc，能够满足本发明调频步进本振源的设计要求。
高分辨率雷达信号模拟模块分为DRFM模块和目标回波模拟模块，主要功能是完成接收的雷达目标信距离、速度信息模拟。DRFM数字射频存储完成对中频信号进行采样、数字序列存储以及波形重建并转换到模拟形式，DRFM电路实现框图如图15，主要包含带通滤波，A/D转换器，数据存储器，D/A转换器。DRFM对舰载雷达发射信号与调频步进频本振源去斜混频后产生的中频信号进行A/D采样，采样后的中频序列输入到FPGA模块进行目标信号距离、幅度以及多普勒调制。时钟控制电路提供DRFM时钟以及时序，使其电路协调工作。AD和D/A转换器分别为SAD948高速8位AD转换器和SDA9713RH 8位DA转换器。RAM存储器型号为SM7C1041 SRAM，该存储器结构形式：256k×16bit；最大存取时间≤20ns；电源电压：5V；最小写循环时间≥20ns；最大电源电流≤230mA；最大允许功耗：1430mW；输入高电平：2.2～VCC+0.5V；输入低电平：-0.5～0.8V。
目标回波模拟模块主要完成对采样的中频数字序列进行幅度、距离调制和多普勒调制，并将数据结果重新输入到DRFM中，从而完成具有高分辨率雷达特性的宽带回波信号，目标回波信号数字域模拟实现框图见图16，目标回波信号数字域模拟实现框图由M个串连的距离单元、数据锁存器和多普勒调制部分组成。图中移位寄存器实现对回波单元信号的幅度进行调制，延迟相加器将上一个距离单元输出的信号与本距离单元移位寄存器输出信号相加后延迟k个采样时间并传给下一个距离单元；多普勒调制部分由计数器、查表、希尔伯特变换器、两个乘法器和一个加法器构成，希尔伯特变换器产生与距离单元输出信号正交的信号序列，与计数器和查表产生频率为fd的正交两路信号分别相乘后相加来实现多普勒调制功能，将要模拟的目标速度(数字)首先存储在ROM存储器中，然后经程序查表将ROM中数据以I/Q两路正交信号读出，目标回波模拟模块中的延迟相加和希尔伯特变换电路采用一片FPGA编程实现，目标回波信号数字调制完成后输出中频序列送入DRFM。本发明通过FPGA编程实现高精度时间延迟，能够达到400ns～1ms的时间延迟，从而能够模拟120m～150km目标距离，目标速度可以模拟6000m/s。
查表的ROM存储器为HWD27C040，该芯片最大备用电流：≤1mA(TTL)，≤100μA(CMOS)；结构形式：512k×8bit；最大存取时间≤120ns；源电压：4.5～5.5V；最大电源电流≤80mA；输入高电平≥2.4V；输入低电平≤0.8V；输出高电平≥2.4V；输出低电平≤0.4V。
Claims (1)
1.一种宽带相参雷达目标模拟器，其特征在于：它是由接收端、发射端、功分器、下混频器、上混频器、瞬时测量接收机、DSP处理器、干扰调制器、PC机即目标散射模型、目标回波时延补偿、调频步进频本振源、高分辨率雷达信号模拟模块组成；舰载雷达发射x波段调频步进频信号，雷达模拟器通过喇叭天线接收该信号，调频步进频本振源产生x波段、带宽为1.3G本振信号，经下混频去斜后产生中频信号，该中频信号经功分器分成两路，一路送给瞬时测量接收机完成对雷达载频信号、雷达脉冲重复周期、脉宽、脉幅参数的测量；一路送给高分辨率雷达信号模拟模块完成高分辨率一维目标距离像的模拟；高分辨率雷达信号模拟模块由DRFM模块和目标回波信号模拟模块组成，DRFM模块完成目标信号采样、数字序列存储，目标回波信号模拟模块完成对DRFM存储的数字序列进行距离调制、幅度调制和多普勒调制，并将结果送回到DRFM模块中；目标回波时延补偿，解决去斜率时延的增大，脉压主副比衰减问题，经补偿的中频信号送往干扰调制器；瞬时测量接收机测量出的雷达参数由DSP处理器处理后得出最佳欺骗干扰并将结果送给干扰调制器，高分辨率一维目标距离像由干扰调制器调制后与调频步进频本振源上混频经射频端喇叭向舰载雷达辐射出去；PC机即目标散射模型为雷达模拟器提供各种目标散射模型，同时控制目标回波信号模拟模块和干扰调制器协调工作，模拟产生了一个宽带雷达回波目标、欺骗干扰信号或是二者合成信号，由于上混频/下混频采用同一本振源，回放的雷达回波信号与雷达发射信号相参，满足舰载雷达回波相参技术要求；
所述的接收端是型号为LB-80180宽带喇叭天线，其功能是雷达模拟器通过天线接收舰载宽带雷达发射的调频步进频，该宽带信号进入雷达模拟器完成目标信号距离、速度的模拟，模拟器与天线之间通过低损耗电缆相连；
所述的发射端是型号为LB-80180宽带喇叭天线，其功能是雷达模拟器中频信号经上混频后通过发射端天线辐射出去；
所述的功分器是型号为XTGP-A0234宽带二路功分器，它对下混频的中频信号进行功分，分成两路；一路送给DRFM模块，一路送给目标回波信号模拟模块；
所述的下混频器是型号为WHSP105宽带混频器，调频步进本振源与接收到的舰载宽带雷达信号进行去斜混频，混频后输出的中频信号为单一频率的窄带信号；
所述的上混频器是型号为WHB52宽带混频器，包含有雷达目标距离和速度信息的中频信号与调频步进本振源进行宽带上混频后产生目标回波信号经由雷达模拟器发射端天线辐射给舰载宽带高分辨率雷达；
所述的DSP处理器型号是TMS320VC33，所述的瞬时测量接收机型号是DIFM080120，所述的干扰调制器这三种部件的功能是瞬时测量接收机完成对雷达目标信号各参数的测量，包括载频信号测量，雷达重复周期、脉宽、调频步进带宽参数；当舰载雷达工作并辐射信号时，雷达模拟器被动接收后计算出舰载雷达的相关信息；雷达参数由DSP处理器处理后，对DFRM模块中存储的数字脉冲信号延时后做幅度调制和相位调制，得出与欺骗干扰方式和最佳欺骗干扰效果有关的决策，根据DSP处理器的处理结果控制干扰调制器完成对雷达的欺骗干扰任务，调制通过复数乘法实现；
所述的PC机即目标散射模型是装有目标散射模型数据库和控制指令界面的台式PC机，它提供干扰调制器开启干扰指令以及为高分辨率雷达信号模拟模块提供目标散射模型，目标散射模型从PC机数据库中读取；干扰调制器开启干扰由PC机进行人为控制，目标散射模型SwerlingI、II、III、IV Targets四种类型；
所述的目标回波时延补偿完成DRFM模块模拟的目标回波信号与调频步进频本振源时延差，时延差随着目标回波信号延时变化而变化，对去斜数字脉压的主副比影响，目标回波时延由时间鉴别器、控制器和跟踪脉冲产生器以及波形整形电路构成，时间鉴别器是将DRFM频率脉冲与调频本振源脉冲在时间上比较，鉴别出它们之间的时差；当DRFM频率脉冲与调频本振源脉冲在时间上重合，输出误差电压为零；控制器的作用是将误差电压经变换，将其输出作为控制跟踪脉冲产生器的输入信号，使时延差向减小的方向变化，直到***稳定跟踪，从而使目标回波信号中心与本振信号中心尽可能对齐，跟踪脉冲产生器输出脉冲经波形整形电路后送入混频器；
所述的调频步进频本振源是与接收到的舰载雷达调频步进频信号相参且同步跳频的宽带信号，两者步进载频相差一个固定频率，其功能是与接收到的舰载雷达宽带信号完成去斜混频，产生一固定频率的中频信号，同时可以将包含由目标速度、距离、幅度信息的回波模拟信号上混频到x波段后经由雷达模拟器天线辐射出去，最后要产生一个与舰载雷达发射信号频率、时间斜率相同而时宽大于发射脉冲时宽的本振信号；该调频步进频本振源由FPGA模块同步产生两路控制信号，一路控制DDS芯片产生周期的线性调频信号，一路控制锁相环和综合产生周期的步进频信号，两路信号经信号调理后进行混频产生低频的调频步进频信号，信号调理由信号滤波电路和中频放大电路组成，输出的低频调频步进频信号经滤波处理后与x波段点频本振源进行上混频产生本发明需要的射频波段调频步进频本振源；线性调频信号实现采用FPGA+DDS芯片的结构，通过FPGA模块配置DDS芯片的相应控制寄存器产生线性调频信号；首先FPGA模块根据主机指令生成基带信号再由DDS芯片将基带信号调制到中频，输出后再经过滤波及中频放大，整个信号产生过程是在数字域实现完成的；步进频信号实现同样采用FPGA+DDS芯片的结构，设计成两个信号通道，运用正交调制方法产生单边带信号，并保证较高的镜频/载漏抑制比；数字基带电路产生0～50MHz的I/Q两路正交基带信号，并通过选择开关改变点频本振获得高宽带的步进频信号；
所述高分辨率雷达信号模拟模块由DRFM模块和目标回波模拟模块组成，其间相互连接，DRFM模块首先对中频模拟信号进行采样并将数据存储到RAM中，目标回波模拟模块提取RAM中数据，对其进行幅度、距离调制和多普勒调制并将数据结果重新输入到DRFM模块中，从而完成具有高分辨率雷达特性的宽带回波信号；DRFM模块对舰载雷达发射信号与调频步进频本振源去斜混频后产生的中频信号进行A/D采样，采样后的中频序列输入到FPGA模块进行目标信号距离、幅度以及多普勒调制；时钟控制电路提供DRFM模块时钟以及时序，使得电路协调工作；目标回波信号数字域模拟实现由M个串连的距离单元、数据锁存器和多普勒调制部分组成，移位寄存器实现对回波单元信号的幅度进行调制，延迟相加器将上一个距离单元输出的信号与本距离单元移位寄存器输出信号相加后延迟k个采样时间在传给下一个距离单元，多普勒调制部分由计数器、查表、希尔伯特变换器、两个乘法器和一个加法器构成，雷达模拟器从PC机取出目标速度经计数器计算出数字延迟后存入查表的ROM中，希尔伯特变换器产生与距离单元输出信号正交的信号序列，并用查表方式读出正交I、Q两路信号与经过数字调制的目标回波信号相乘再进行加法器求和输出中频序列送入DRFM模块。
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