雷达目标模拟器的DSP软件设计

雷达系统日趋复杂，种类繁多，系统的设计、生产和维护变得越来越困难。如果对雷达性能的测试都采用真实的目标给雷达提供测试信号，成本较高。雷达系统模拟结合现代仿真技术和雷达技术，用软件建立符合用户需求的模型，具有灵活性和经济性的优点。雷达目标模拟是雷达系统模拟的重要组成部分。利用DSP／FPGA的高速计算性能、直接数字合成(DDS)技术和数字射频存储(DRFM)技术，可以实现相位编码、线性调频、非线性调频等多种复杂方式下的目标回波信号的实时模拟，检测雷达的跟踪精度、角精度等指标。

　　1 功能及系统组成

　　所设计的多目标雷达模拟器为配合某型宽带雷达系统进行设备调试和功能检查。模拟器将雷达发射波形经延迟、幅度相位调制和多普勒频移等形成模拟目标回波，通过天线发送或直接注入给试验雷达系统。目标回波信号包括目标的距离、角度、速度、雷达散射截面积(RCS)、一维距离像等信息。

　　系统总体指标要求如下：双通道输出；频率范围为5．2～5．8 GHz；窄带瞬时带宽为10 MHz；宽带瞬时带宽为500 MHz；目标数目1～22个；幅度控制范围为0～127 dB，量化单位不大于0．5 dB；RCS幅度控制速率为1μs，距离变化幅度控制1 ms；目标延迟时间：2～4 000μs；多普勒频移范围±400 kHz；相位噪声不大于-90dBc／Hz@1 kHz；窄带时杂散电平不大于-55 dBc；宽带时杂散电平不大于-45 dBc；距离模拟精度≤1．5 m；多普勒模拟精度<1 Hz；输入功率为-45～+30 dBm；输出最大功率20 dBm。

　　C波段雷达目标模拟器由微波分系统、基带分系统、宽带分系统、电源控制分配组件和软件等组成，如图1所示。微波分系统包括接收组件、发射组件、频率源组件和电源等。基带分系统主要由主控计算机、数字管理单元(DMU)、接口控制单元、双通道可编程数字延迟线(PD-DL)、时钟产生和分配电路、中频调制解调组件和电源等部分组成。窄带目标模拟主要由基带分系统和微波分系统实现。

 

　　宽带目标模拟主要由基带分系统控制宽带分系统实现，如图2所示。输出通过微波分系统与窄带目标信号一起输出。电源控制分配组件完成系统主电源的控制、分配、保护和指示等功能。

 

　　2 目标回波模拟

　　2．1 窄带目标回波产生

　　本宽频带射频模拟器接收雷达系统的发射信号、控制信号和参考信号。系统输出模拟窄带目标回波信号前，在主控计算机上加载所有目标、诱饵的运动轨迹参数，如延迟参数和径向运动速度，以及每个目标、诱饵的幅度／相位目标特性文件。
仿真开始后，DMU按照雷达系统发出的模式、参数和触发信号，分别控制窄带系统中的双通道PDDL和中频调制组件产生基带延时目标信号，通过发射组件实现上变频和雷达目标的距离、幅度调制控制，滤波后形成窄带目标回波信号输出，如图3所示。

 

　　2．2 宽带目标回波产生

　　宽带目标回波的产生通过对预先存储在存储器中的雷达宽带LFM的基带分量和目标特征参数直接计算，实时生成多散射点合成目标的波形数据实现。如图4所示，宽带分系统中的所有信号都与试验雷达系统的参考信号同步，保证回波信号与雷达系统相参，实现正确的模拟。

 

　　输出宽带目标回波信号前，在计算机上加载输出目标散射点的运动轨迹参数和目标特性文件。当雷达系统发射宽带LFM信号时，宽带目标回波的基带数据由DSP计算并加载到任意波形发生器(AWG)的存储器中。DMU产生宽带分系统的延时触发脉冲和波形选择信号，控制AwG输出模拟基带回波信号，将该基带信号进行正交调制后，通过上变频就得到宽带信号的目标回波。目标特征数据通过CompactPCI总线加载到DSP中参与波形计算。

　　宽带回波信号的更新率决定于AWG的数据更新率。这种数字方法原理简单，模拟目标灵活，精度非常高，信号质量较高。缺点是成本较高，实时性受硬件速度、波形复杂度等限制，不容易提高。

 

　　如图5所示，DSP模块中有两个TMS320C6455高性能DSP、存储器和大规模FPGA，完成特征数据接收、波形计算更新和数据传输等功能，是AWG的核心控制部分。AWG模块的FPGA采用Xilinx公司的XC4VLX25-FF668。IQ信号通路的DAC选用两片Atmel公司的1GHz 10位TS86101G2B，且两路DAC相互独立且保持信号的同步。其单路瞬时带宽可达400 MHz，与正交调制器配合可输出复杂的调制信号。