雷达信号模拟器的设计与分析

间 的延 迟 来 计 算 ，对 于低 重 复 频 率 ， 目标 距 离 Ｒ
为：
及 相位 与 幅度 的对 应关 系实 现频 率合 成 。Ｄ Ｓ Ｄ 一般
由相 位 累加器 ，相位 幅度 转 换 和数模 转 换器 组 成 ， 具 有 频率 分 辨率 高 、稳 定度 高 、频 率转 换 速度 快 、 相 位 噪 声低 和 易 于控 制 等优 点 。Ｄ Ｓ 受 控 制 指 Ｄ接
给雷 达 提 供 测 试 信 号 ，需 要 花 费 相 当 的时 间 、人
力 和物 力 来 开 展 调 试 、测试 和校 飞等 工 作 。某 些 跟踪 雷 达 具 备 在 有 杂 波 和 干扰 的情 况 下 跟 踪 近 百
个 目标 ，并 同时 引 导 导 弹 或火 炮 攻 击 目标 ，为 这
在 雷 达 系 统 的研 制 和生 产 过 程 中 ，对 雷 达 系
统 的性 能 指 标进 行 调试 和检 测 是 雷 达 系 统研 制 和
率 和产 品可靠 性 。
生 产 过 程 的 一 个重 要环 节 。为 了 验 证 雷 达 系统 的 功 能 、性 能 及定 量 的评 价 雷 达 系 统 的 指标 ，这 些 测试 如 果 都 用 真实 的 目标 ｆ 飞 机 、舰 艇 、坦 克 ） 如
和信 噪 比等 参 数 ，模 拟 回波 中还 必 须 包 含 噪声 和
地 杂波 ｆ 或海 杂波１ 。 噪声 模 拟采 用伪 随机 序列 即ｍ序列 来逼 近 噪声 过 程 的方 法 。ｍ序 列 生成 高 斯 噪 声 的方 法 是 由凡 级 寄 存器 组 成移 位 寄存 器 ，移位 寄 存器 加 权相 加后 ， 经 低 通 滤 波 器输 出 幅度 近 似 高 斯 分 布 噪声 。通 过 在 ∑ Ａ ｌ ａ之 间加 延迟 线 和等 效衰 减 ，可 以使 与 ｅ和Ａ ｚ
仪不 父 ． 侃
令 ，可产 生 连 续 波 、扫频 或线 性 调 频 信 号 ，并 有
多种 调制 方式 。Ｄ Ｓ Ｄ 集成 度高 ，技 术成 熟 ，可工 作 于 多种 模式 ，选 取 比较 灵 活 。 图２ Ｄ Ｓ 本 原 理 是 Ｄ基 图 ， 图 ３ 某 射 频 信 号 模 拟 器 的 Ｄ Ｓ 出 的 中心 是 Ｄ输 ６ ＭＨ 连续 波信号 。 ０ ｚ
式 中ｍ为正 整数 ， 为脉 冲重复 周期 。 对 于 高速匀 速运 动 目标 ，其距 离Ｒ为 ：
＝
（ ＝ｏ （ ＥＦ （） ４ Ｆ 是雷 达天 线方 向 图函数 ；
（） ７
式 中 ：Ｅ是 波束 对准 目标 时接收 信号归 一化值 ； 。
Ｒ ＋ （－ｏ ｏ ｔ ｔ １）
相对 射频 而 言 很 低 ，能 够 较容 易 的产 生 复 杂 的模
式 中 ： 为 接 收功 率 ， 为 发射 功率 ， 。 为天
线 有 效 接 收面 积 ， 为 目标 有 效截 面 积 ，Ｒ为 目标 距离。
拟信 号 。下 面 将 对 雷 达 信 号模 拟 器 的关 键 技 术 进
丽 丽
∑
Ｒ） 。ｃ笼＋ｓ１ｔ （ 【。 ） Ⅲ［Ｉ ６ １ｓ 吉￣ ） 一（ ２Ｖ
式 中假 设 雷 达 以速 度 相对 于 目标 斜 向运 动 ， 雷 达 速度 和 目标 之 间的 夹角 为 ，Ｒ 为 目标 与雷达 。
的初始距 离 ，且 ｔ ＜ ，可 见距 离 随时 间的 变化是 Ｖ＜ ｌ
相位控制码 １ ｌ ｌ 幅度控制码 １
ｅ ｌ
— —
标 系 、经 纬度 坐标 系 、平 面 坐 标 系 、惯 性 坐标 系 等 一 系 列 坐标 转换 。雷 达 和 目标 都 在 同 一 坐标 系 中运动 的距离 近似计 算公 式 为 ：
０ 转 器卜 数 衰 器 ／ 换 ＿ 控 减 ＿
对 某 型雷达 信 号模拟 器进 行 了简单介 绍 ，该模 拟 器技 术 先进 ，功 能 齐备 ，工作 稳 定 可靠 。在
设 计 中 ，采 用 了微 波 电路 计 算机 辅 助设 计 （Ａ ）软 件 对部 分 电路进 行 了设 计 、优 化 和仿 真 ， ＣＤ 提 高了设 计 效率和 产品 可靠性 。 关 键词 ：信 号模拟 器 ；直接数 字合 成 ；线性调 频 ；单 边带上 变频
１ ． 目标 距离模 拟 ２ 雷达 距离 方程 为 ：
接 收 信 道 ， 即天 馈 线 ，接 收 机 进 行 检 测 。 中频 信 号模 拟 器 用 来 对 雷 达 微 波接 收机 后 端 的信 道 进行
ｆ１１ ４Ｔ
（ １ 、）
测 试 ，它 的最 大 优 点 在 于 ，由 于输 出信 号 的 频 率
１ 设 计 与分 析
雷 达 信 号 模 拟 器 是 数 字 模 拟 技 术 与 雷 达 技
术 相 结 合 的 产 物 。 由 于 雷 达 信 号 模 拟 器 在 雷 达
测试 、性 能评 估 及 设 备 维 护 等 方 面 的作 用 越 来 越 受 到 重 视 ，该 项 技 术 已 成 为 雷 达 技 术 的 一 个 重 要 分支 。 雷 达信 号 模 拟 器 一 般 由航 路 产 生 器 、系 统 控 制计 算 机 、高 频 信 号 源 、距 离 延 时器 、微 波 和 差
时钟参考频 毒
Ｒ＝ Ｒ
（） ２
式 中ｃ 光 速 ，ｔ 回波信 号 与 发 射 信 号 之 间 的延 为 Ｒ 为
时
，。
频 率 控 制字
相位累加器（ 字长为 ）Ｈ Ｎ
正 弦波存储器（ Ｍ） Ｒ ｏ Ｈ
数 模转换￣ ＤＡ Ｈ ， ｒ ／） （
低通 滤波￣ ＬＦ （Ｐ）
输 出频率
种跟踪 雷达 提供 真实 目标是 不现 实 的。 雷 达模 拟 器 能 够 产 生 各 种 模 拟 信 号 。为 雷 达 提供 各 种 模 拟 目标 ，而 且雷 达模 拟 器 的价 格 与 真 实 目标 相 比是 相 当低 廉 的 。所 以 ，为 了经 济 有 效
的开展 雷 达 系统 试 验 ，对 雷 达信 号模 拟 器 需 求 越 来越 迫切 。 本 文 阐述 了雷 达 信 号 模 拟 器 的原 理 及 实 现 方 法 ，并 对模 拟 器 关 键 技 术 进 行 了 分 析 和探 讨 。对
行分 析 和探 讨 。
１１ 多普 勒速度 和线性 调频 模拟 ．
由雷 达 方 程 可 知 ，理论 环境 中 回波 信 号 的 强 度 与 目标 的距 离 成 反 比 。但 是 现 实 雷 达 环 境 中 ， 信号 强 度受 到 目标 反射 面 大小 、 目标姿 态 的 改变 、 周 围 物体 的遮 挡 等 因素 的影 响 ，无 法 实 现 用 改 变 回波 强度来 模拟 目标 距离 的变化 。
术 先 进 ，功 能 齐备 ，工 作 稳 定 可 靠 。在 设 计 中 ，
采 用 了微 波 电路计 算 机辅 助设 计 ｆ Ａ １软 件对 部 Ｃ Ｄ 分 电路 进 行 了设 计 、优 化 和 仿 真 ，提 高 了设 计 效
收 稿 日期 ： ０ １ ２ ０ ２ １ －１ — ９
达 发 射 出模 拟 回波信 号 ，也 可 以直 接 将 输 出 信号
图２ ＤＤＳ 基本 原理 图
坟不 父 ． 侃
对 于 中 、高重 复频 率 目标 ，模 糊距 离尺为 ：
＝
置不 断变 化 而 造 成 接 收 到 的 雷达 回波 的变 化 。为
ＩＲ ｒ） ＋
（） ３
了确 定 目标 的象 限 （ 度） 角 ，通常 用 Ｕ （ 表示 角度 模拟 ：
根 据 信 号 注 入点 不 同 ，雷 达 信 号 模 拟 器 分 为
某 雷达 射 频 模 拟 器 进 行 了简单 介 绍 ，该 模 拟 器 技
射 频 信 号模 拟器 、 中频 信 号 模 拟 器 、视频 信 号模
拟 器 。信 号 注人 点 位 置 越 靠 前 ，模 拟 越 复 杂 ，越 接 近真 实雷达 信号 。 射 频 信 号模 拟 器输 出信 号 可 以 经其 天线 向雷
Ｒ＝ ｏ Ｒ＋
（） ５
成 目标 角 度模 拟 。一 般都 采 用Ｏ＇转换 器 来 控制 信 ／ ｒ ｒ
号 的相 位 。用低 相 移 数 控 衰 减 器来 控 制 信 号 的幅 度 ，这 就 形 成 了 目标 角 度 。信 号 波 形 表 现 为 和信
式 （） 一 （） 为相 对 于雷 达 平 台 固定 的径 向 ２ ５
目标 距 离 还 可 以通 过 雷 达 发 射 和 接 收 波 形 之
模 拟 器 设 计 中一 般 采 用 直 接 数 字 频 率 合 成
ｆ Ｄ ）产 生所需 的多 普勒频 率 。在保 证信号 完 全相 Ｄ Ｓ
参 的 前 提 下 ，产 生 多普 勒 速 度 和 线 性 调频 模 拟 信 号 ，并且 要有 较高 的频 率精度 和频 率稳定 度 。 Ｄ Ｓ 用全数 字技 术 ，基 于相位 的线性 性 质 以 Ｄ采
是 架 设 不 方便 ，复杂 信 号 的实 现 难 度较 大 ，发 出 的信 号 易 受 周 围 电磁 环 境 的干 扰 。视 频信 号模 拟
器 则 把 模 拟 信 号 灌 入雷 达 的视 频 输 入 端 ，或直 接
送 给雷 达 显 示 单 元 ，缺 点是 无 法 对 雷 达 最 关键 的
图 ３ ＤＤＳ 出６ ＭＨｚ 续 波 输 ０ 连
形成 器 等 几 部 分 组 成 。主 要完 成 以下 功 能 ，模 拟
空 间 飞行 目标 ，例如 飞机 、导 弹 、火 箭 和 飞船 等 ；
模 拟 空 间 固定 目标 。模 拟 空 间 运 动 目标 。利 用 目
标模 拟 器产 生 的各 种 模 拟 信 号 参 数 ，对 雷 达 系统
进行 性 能 测试 、精 度 检查 ，达到 动 态校 飞 的效 果 。 图ｌ 是射频 雷达 信号模 拟器 的原 理 图。