【摘 要】 运用雷达信号模拟技术，研制了指令制导舰空导弹武器系统用目标模拟系统。阐述了模拟器的系统结构、收发模块及基于数字储频技术的信号模拟模块硬件设计方法，构建出适用于指令制导武器完整作战过程的雷达信号模拟系统。建立了指令制导武器系统多频段雷达回波信号幅度、结构、多普勒频率等参数模型。
【关键词】 高级工程师论文,制导雷达,回波模拟器,DRFM,FPGA
雷达回波信号模拟器广泛应用于雷达调试、试验及雷达对抗等领域，能够逼真模拟雷达信号替代实际回波。本文基于DRFM技术设计一种雷达回波模拟器，用于模拟指令制导导弹武器作战过程中相关雷达信号，通过接收搜索警戒雷达、跟踪制导雷达等的辐射信号，经过存储和分析，变换和转发，模拟搜索警戒雷达、跟踪制导雷达，导弹制导指令等不同频率回波信号，代替实际配合目标，保障武器系统完成从搜索、目指、跟踪制导全过程。
1 硬件设计
1.1 系统结构
模拟器采用数字射频存储器(Data Radio Frequency Memory，DRFM)+上位机结构。主要由DRFM单元、接收机、发射机、频率综合器、收发天线及上位机(CPU板)组成，如图1所示。
模拟器接收天线接收雷达辐射的射频信号送入接收机，射频信号经放大、下变频，转化为中频信号由DRFM进行采集、存储，按要求生成目标和杂波信号，并调制到数字中频信号上，经数模转换输出模拟中频信号，送发射机;发射机进行上变频，将中频信号转换为射频信号，经发射天线向空间辐射，供相应雷达接收。为了保证模拟器接收信号的频率与发射信号的频率一致，需要高稳定度的频率合成器及为发射机和接收机提供上变频和下变频所需的本振信号。
1.2 收发模块设计
收、发模块分别集成于一块6U插板。接收模块由宽带射频模块、射频下变频模块和中频下变频模块构成，如图2所示。实现接收雷达发射的宽带射频信号，进行滤波、增益控制和放大。信号分两路，一路由对数检波放大器检出雷达射频脉冲，并与检波电平信号进行比较，生成视频检波信号，作为DRFM的同步信号;另一路转换为中频信号，经低通滤波后送给DRFM处理。
发射模块由中频上变频模块、宽带射频上变频模块和宽带功放模块构成，如图3所示。发射机采用基于微波单片集成电路(MMIC)多级放大式设计方案，可实现发射机发射波形调制方式及脉冲频率多样、功率控制灵活，具有将DRFM输出的信号经混频、放大和幅度控制，形成最终的段宽带射频信号，经发射天线辐射到空间功能。
1.3 数字射频存储模块设计
数字射频存储器(DRFM)是一种可储存任意射频信号，并在延迟可编程时间后精确输出的存储设备。数字储频具有瞬时带宽处理能力，存储频率精度高，信号相位信息不丢失，保真度好，存储时间不受限制，连续复制的信号与原雷达信号完全一致，能逼真模拟多普勒信号和脉冲压缩信号。
DRFM单元是该模拟器的核心，它存储、重构雷达中频信号，是产生各种目标运动回波和杂波的基础。DRFM由模/数(A/D)变换采样、数字下变频(DDC)、数据存储器、信号处理器、数字上变频(DUC)、数模(D/A)变换以及输入/输出接口电路组成，如图4所示。A/D采样转换将输入信号变成数字信号，完成中频信号数字化过程。DDC单元实现数字中频信号的下变频、数据抽取、低通滤波，输出I/Q正交数字信号。数字上变频(DUC)单元实现I/Q正交数字基带信号的低通滤波、数据插值、正交上变频到数字中频信号。D/A转换器将模拟的中频数字信号转换为中频模拟信号，输入发射机。FPGA为信号处理器，对目标信号、二次反射信号进行多普勒频移、距离延迟处理和幅度的调制，对杂波进行功率谱和距离延迟调制，形成雷达回波信号。
2 雷达回波信号模型
雷达回波的特性参数包括目标距离、回波幅度、幅度起伏、多普勒频移等。模拟器模拟的回波形式为数字回波，其可根据模型生成的数据或使用实采信号生成。实采回波的准确度由回波采集器的精度和准确度决定;模拟的数字回波的准确度由目标模型和环境模型的选择决定。本系统模拟信号为由上位机根据下述模型计算产生数字回波。目标距离的模拟由设定的目标进入距离、运动速度和方向以及雷达工作时间的变化计算产生，回波幅度的模拟要根据距离方程和目标散射截面的变化计算产生，多普勒频率的模拟主要体现在目标回波的相位变化。
3 设计中的注意事项
为实现设备的便携性要求，需将系统将高频、中频信号集成于一块插板，多种频段雷达信号集中于一个工控机箱内处理，为保证系统正常工作，需要考虑电磁兼容、散热等设计。
3.1 电磁兼容特性设计
高、中、低频信号相互交错，高速PCB布线的不合理，相互之间会产生较大干扰，影响系统的电磁兼容特性，在设计中应重点考虑。器件的选用应充分考虑各自的输入输出信号、工作频率等。DRFM中高性能A/D变换器的电磁辐射较强且易受干扰，应使用屏蔽罩将其屏蔽，隔绝内外信号串扰。为防止插板间干扰，高频电路插板也应加屏蔽罩。同时，PCB采用多层板，使用独立的电源层和接地层，数字地、模拟地、系统地和屏蔽地应分别考虑，采用多点接地和就近接地，把不同功能的地线分开。在布线方向，尽量减少电源线走线的有效包围面积，避免长距离平行布线及导线夹角大于90度，避免信号产生反射和谐波。
3.2 散热设计
PCB电路板中包含有大功率器件，工作过程中散热量较大，为主要散热器件。芯片的选择应尽量选用性能等级较高的系列，另外整个目标模拟系统的机箱应具有良好的散热性，否则，热积累到一定程度后，可能会发生温漂，输出数据误差增大。
4 结语
本文对基于DRFM的制导雷达回波信号模拟器的总体方案设计进行了阐述。系统设计中应用了系统模拟的思想和模块化设计思想，实现了整个系统低成本、便携要求，系统结构简单，设计灵活，具有良好的通用性和扩展性。
参考文献：
[1]贾文超.基于DSP处理器的多普勒雷达系统设计[J].长春工业大学学报，2007，28(1)：70-73.
[2]沈昆.雷达干扰信号产生系统实现[J].计算机仿真，2004，22(5)：36-37.
