FMCW和线性调频脉冲雷达

雷达系统工程师在很多领域里都对能够提供高速频率调制连续波（FMCW）和脉冲频率调制（FMOP）或“线性调频脉冲（chirp）”功能的RF /微波信号发生器具有较高的依赖性，特别是在高精度雷达系统（例如反欺骗和抗干扰）等应用中。为了获得可靠的FMCW和线性调频调制，通常会选择功能齐全的台式设备，但现在功能强大、便携且可编程的RF/微波信号发生器带来了一种低成本且灵活的替代方案。

偏远地区或恶劣条件下的挑战

调频连续波（FMCW）雷达技术是在20世纪50年代二战后发展起来的，旨在提供更好的雷达目标分辨率。雷达技术经历了稳步发展，从简单的线性FMCW到更先进的雷达技术，如使用脉冲压缩技术的相干脉冲雷达，这些技术产生了调频线性调频（FM chirp）、巴克码和其他更复杂的调制脉冲压缩雷达技术。然而，先前的雷达技术仍有其用途和优点，例如用于着陆过程中飞机高度测量的线性FMCW、汽车雷达、智能弹药传感器、以及海军战术导航雷达等。

在FMCW雷达和更先进的线性调频脉冲雷达的开发和测试中，具有扫频和线性调频调制的信号发生器是非常重要的，它也可以用于在实验室或现场开发和测试脉冲压缩技术和设备中。

考虑到大量FMCW和线性调频脉冲雷达使用微波和毫米波频段，如C波段、X波段和Ku波段，用于开发和测试这些雷达的大型台式测试设备具有丰富的内置功能和高昂的价格，维修和重新校准通常也很昂贵，此外，大型台式信号发生器是为实验室条件而设计的，在极端环境下通常不能正常工作。

对于许多空间受限且环境恶劣的应用来说，便携式信号发生器是一种更可行的解决方案。然而，目前大多数便携式信号发生器不能达到常见的FMCW和线性调频脉冲雷达波段，也不能提供任何形式的线性调频或脉冲调制。便携式且可编程的虹科信号发生器可以产生自触发和外部触发的线性调频调制、相位连续线性扫频和脉冲调制，且与具有相同功能的典型台式信号发生器相比具有更低的价格成本。

FMCW和线性调频脉冲雷达

FMCW调制与连续波（CW）雷达调制类似，但CW雷达的频率是线性或非线性增加/减少。常见的FMCW波形有锯齿波、三角波、方波和阶梯波调制，最常见的是锯齿波或“扫频”FMCW雷达。

FMCW调制是来自物体的接收信号与发射信号混合，产生与延迟成正比的中频（IF）频点，从而与物体的距离成正比。多个物体将产生多个频点，这些频点可以通过傅里叶变换进行分离和识别。FMCW雷达由一个相对简单的电路组成，包括发射机、接收机、FMCW合成器、混频器、数字化仪、信号处理器和显示器。对于无线电测高仪，中频信号直接发送到带有频率相关的模拟测高仪上，该测高仪在更高频率下表现出更大的感应阻抗（虽然不是线性的，但这仍然是确定相对高度的有效方法）。

与连续波相比，FMCW雷达能够同时测量目标的距离和相对速度，距离测量的精度比CW高得多，FMCW调制还可用于区分多个目标，只需要相对简单的电路就能实现，不需要任何峰值功率高的脉冲。

该技术的一个进步是将脉冲雷达概念与脉冲内调制/脉冲压缩相结合。脉冲雷达的性能得益于极高的脉冲功率和较短的脉冲宽度，然而，高脉冲功率和短脉冲宽度需要专门的高功率调制器和发射机，它们通常尺寸较大且价格昂贵，而通过固态技术，可以在成本节约的同时拥有更小的尺寸。

因此，脉冲内调制和脉冲压缩的使用允许在相对较高的功率水平下获得更长的脉冲宽度。脉冲压缩在较短的子脉冲段中处理较长的脉冲，从而减少长脉冲宽度脉冲雷达的距离分辨率损失。脉冲频率调制（FMOP）通常被称为“线性调频脉冲”雷达，线性频率调制也通常被称为线性调频信号。

线性调频脉冲雷达的其他优势是，通过脉冲压缩滤波过程，接收机中的宽带和随机分布噪声大大降低，这通常被称为脉冲压缩增益（PCG）。此外，脉冲压缩滤波器调整接收信号频率分量的相对相位，这实际上产生了比用标准雷达距离方程预测的更好的最大距离，这种现象被称为脉冲压缩比（PCR）。

调频连续波和线性调频脉冲雷达的性能取决于雷达部件的性能，因此，附加噪声/噪声系数、线性度、相位噪声和杂散谐波都是雷达系统中有源部件的关键参数，雷达发射/接收信号链中的任何主动和被动组件都有可能严重降低雷达系统的性能。

信号发生器的关键作用

FMCW和线性调频脉冲雷达在各种应用中非常常见，包括防空、海上导航、汽车高级驾驶员辅助系统（ADAS）和其他传感应用，许多传统雷达系统今天仍在飞机和军舰上使用，但它们需要进行维修和改装测试。

信号发生器是雷达测试的关键测试仪器之一，通常用于测量雷达接收机电路的性能。在野外测试雷达需要长测试距离和精确定位雷达目标，可以使用具有适当调制的信号发生器来模拟雷达目标。此外，高纯度信号发生器还可用于测试雷达接收机的信噪比（SNR），这可以用于确定雷达的最大距离能力，以及该能力是否符合给定雷达的规范。脉冲线性调频调制信号发生器也可用于测试雷达接收机的脉冲压缩电路，可以向脉冲压缩延迟线发送经过校准的压缩脉冲，并测量这些电路是否符合规范。

雷达接收机也可以在不同的信号条件下使用降级的雷达信号特性和噪声进行测试。这可以通过多个信号发生器实现，一个产生模拟雷达响应，另一个产生校准损伤，例如通道内和通道外干扰信号和噪声，这种类型的测试可用于确定雷达接收机的抗阻塞性和灵敏度。

雷达传输电路也可以用信号发生器代替雷达系统频率合成器进行测试，这样，雷达传输电路可以与频率合成器和调制电路分开进行测试和故障排除。（了解更多方案详情，欢迎联系文章结尾处虹科工程师微信）

虹科HK-LMS-183DX：6.0 – 18.0GHz USB可编程信号发生器

虹科HK-LMS-183DX USB可编程信号发生器是一款低成本、便携式、实验室可用的信号发生器，它提供100Hz频率步长、可配置线性频率扫描和0.5dB功率控制步长。虹科信号发生器通过与PC或自供电集线器的USB连接进行供电和控制，并可通过附带的图形用户界面（GUI）软件或使用提供的SDK进行编程。

特征

• USB供电和控制

• 包括易于安装和使用的GUI

• 快速100微秒频率切换

• 可编程线性扫频

• 高达80dB的功率控制范围

• 易于编程，适用于ATE应用

• 可选脉冲调制和频率扫描触发

• API DLL、Linux和LabVIEW兼容的驱动程序

应用

• 自动化测试设备

• 工程/生产测试

• 雷达测试

线性调频脉冲雷达现场测试挑战

虽然几乎任何能够产生线性调频脉冲的信号发生器都可以用于在现场测试线性调频脉冲雷达，但大多数具有C波段及以上频率能力的信号发生器都是相对昂贵的，且其设计不适合在现场或潜在的恶劣条件下安装。这些设备尺寸较大，包含自己的显示器和计算处理器，如果任何部件出现故障，这些装置往往无法正常工作，而修理这些装置的费用也十分昂贵，并且可能需要几周到几个月的时间。

这些组件通常具有各种各样的功能，这些功能对于这种类型的测试来说是不必要的，只会使测试程序复杂化。一些全功能信号发生器可能是外部可编程和可触发的，这有利于降低测试设置的复杂性和时间，但通常需要另外购买和使用特定的专有软件。

线性调频脉冲雷达现场测试的另一种更经济实用的方法是使用PC驱动的便携式信号发生器，这些信号发生器紧凑、坚固且易于使用。以虹科信号发生器HK-LMS-183CX为例，该信号发生器提供从6GHz-18GHz的校准信号输出，带有频率扫描、线性调频调制和脉冲调制，可在内部触发（编程或PC控制）或外部触发（脉冲触发端口）。而它的价格大约是性能相当的典型台式信号发生器价格的三分之一。

此外，虹科便携式信号发生器的PC驱动特性允许测试人员使用自己的PC或笔记本电脑，并且虹科HK-LMS-183CX上不存储任何测试信息，这与具有自己的处理器和联网功能的台式测试设备不同。

多信号发生器抗干扰/反欺骗雷达测试

对于较新的雷达，以及在较旧平台上改装的雷达系统，都必须对其进行测试和维护。而随着雷达技术的进步，雷达干扰和欺骗技术也在进步，这就是为什么不仅要测试雷达的工作情况，还要测试其抗干扰/反欺骗能力的原因。随着现代软件定义的雷达技术的发展，新的抗干扰/反欺骗技术可以在现有雷达中通过编程来实现。

然而，测试这种编程的有效性要复杂得多。在某些情况下，可以使用便携式信号发生器模拟各种雷达目标和干扰/欺骗系统来测试抗干扰/反欺骗技术。在这些情况下，采用多个信号发生器来模拟目标和干扰/欺骗系统，可以选择PC驱动且成本低廉、占地面积小的便携式信号发生器，这样多个同步信号发生器可以同时使用，来模拟比单个台式信号发生器更现实的场景。同时，虹科便携式信号发生器和移相器足够坚固，可以部署在抗干扰/反欺骗技术的现场测试场景中。

虹科HK-LPS-202型移相器相位调整范围为0°-360°，相位分辨率为1°，频率范围为1-2 GHz，能够在1030 MHz和1090 MHz传输频率下工作。即用GUI可以跟踪和控制多个连接的移相器，简化多设备设置，这样就可以通过计算机操作而无需打开测试面板并手动调整旋钮来改变和/差通道调整的相位。

特征

• USB供电和控制

• 包括易于安装和使用的GUI

• 1°步进360°控制

• SMA连接器

• 易于编程，适用于ATE应用

应用

• 波束成形

• 信号消除

• 相位调制器

• 用于LTE和WiFi的MiMo测试平台

• 相控阵天线系统

总结

信号发生器和移相器是开发、测试和维护关键FMCW和线性调频脉冲雷达技术的关键工具。虽然传统的台式信号发生器可能在雷达的开发和测试中占有一席之地，但在许多情况下，这些装置的成本、尺寸、复杂性和脆弱性降低了它们的实用性。而坚固耐用的便携式信号发生器，如虹科便携式信号发生器，可以是一种低成本、适应性极强的解决方案，用于解决各种具有挑战性的雷达测试场景。

审核编辑 ：李倩