基于DRFM技術(shù)的雷達(dá)模擬器研究設(shè)計(jì)

葛 堯

(中國人民解放軍92941部隊(duì)，遼寧葫蘆島 125001)

0 引言

靶場(chǎng)雷達(dá)測(cè)控裝備采用脈沖多普勒雷達(dá)體制，通過測(cè)量多普勒頻率與相位差，獲得導(dǎo)彈空間位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，為武器系統(tǒng)殺傷效果鑒定提供直接依據(jù)。受試驗(yàn)需求牽引，裝備需要具有多目標(biāo)測(cè)量能力，傳統(tǒng)精度測(cè)量手段是通過打火箭彈進(jìn)行指標(biāo)檢測(cè)，由于火箭彈運(yùn)動(dòng)模型與導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型不同，在指標(biāo)驗(yàn)收時(shí)無法得到真實(shí)的測(cè)量精度指標(biāo)，而且受場(chǎng)地及發(fā)射技術(shù)限制，無法同時(shí)滿足多目標(biāo)發(fā)射能力。在基于裝備工作原理的基礎(chǔ)上，采用雷達(dá)技術(shù)和DRFM 技術(shù)研究專用型模擬器［1，2］，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈回波的多普勒頻率和相位差的模擬，對(duì)系統(tǒng)的多普勒頻率和相位差的測(cè)量精度進(jìn)行檢驗(yàn)，從而檢驗(yàn)設(shè)備多目標(biāo)測(cè)量精度，為裝備指標(biāo)驗(yàn)收提供依據(jù)。

1 雷達(dá)模擬器工作原理

設(shè)測(cè)量雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為:

則到達(dá)測(cè)量雷達(dá)第 i路接收天線的目標(biāo)回波信號(hào)為:

式中，τi為電磁波從測(cè)量雷達(dá)發(fā)射天線到目標(biāo)，再從目標(biāo)到第i路接收天線的往返傳播時(shí)間。

為模擬產(chǎn)生式(2)的回波信號(hào)，分別產(chǎn)生回波包絡(luò)信號(hào)和連續(xù)信號(hào)為:

sp(t)和sc(t)經(jīng)脈沖調(diào)制器相乘后即得式(2)的回波信號(hào)為:

回波包絡(luò)信號(hào)式(3)可由測(cè)量雷達(dá)發(fā)射脈沖包絡(luò)，

經(jīng)精密數(shù)控延遲后形成。第m個(gè)發(fā)射脈沖的延時(shí)量為:

為產(chǎn)生式(4)的連續(xù)信號(hào)，由鎖相接收機(jī)將測(cè)量雷達(dá)發(fā)射信號(hào)式(1)經(jīng)下變頻和正交解調(diào)變到零中頻，得到零中頻接收信號(hào)為:

經(jīng)同步采樣保持，得到

與多普勒信號(hào)

相乘后，可得輸出零中頻信號(hào)為:

最后，由單邊帶調(diào)制發(fā)射機(jī)利用鎖相接收機(jī)提取的發(fā)射相干頻率信號(hào)，對(duì)輸出零中頻信號(hào)做單邊帶調(diào)制和上變頻，即得到式(4)的連續(xù)信號(hào)。

式(11)的信號(hào)實(shí)際可由數(shù)字方法來實(shí)現(xiàn):預(yù)先由輸入?yún)?shù)L0、V、r0，根據(jù)式(10)產(chǎn)生多普勒信號(hào)SD(t)的采樣量化值為:

由A/D轉(zhuǎn)換獲得S'BIN(t)的采樣量化值為:

數(shù)字計(jì)算SBOUT(t)的采樣量化值為:

由D/A變換并經(jīng)低通濾波后得到視頻模擬回波信號(hào)SBOUT(t)。

2 雷達(dá)模擬器總體設(shè)計(jì)方案

2.1 雷達(dá)模擬器工作框圖

根據(jù)測(cè)量雷達(dá)工作原理，模擬器應(yīng)至少模擬產(chǎn)生4路接收機(jī)接收到的目標(biāo)回波，模擬回波在多普勒頻率、各路間的相位關(guān)系、相對(duì)發(fā)射脈沖的距離延遲關(guān)系3個(gè)方面應(yīng)與實(shí)際目標(biāo)回波一致?？紤]到參數(shù)的測(cè)量精度決定于標(biāo)量參數(shù)的測(cè)量精度和相位差的測(cè)量精度，模擬器可以僅模擬目標(biāo)回波的多普勒頻率和相對(duì)發(fā)射脈沖的距離延遲關(guān)系，保持各路模擬回波間的相位差為一恒定值。該模擬器采用注入方式工作，從測(cè)量雷達(dá)的發(fā)射機(jī)接收發(fā)射的脈沖信號(hào)，產(chǎn)生與發(fā)射載波相參的4路模擬回波，分別注入測(cè)量雷達(dá)的4個(gè)接收高頻輸入端。目標(biāo)模擬器組成如圖1所示。

圖1 模擬器組成

2.2 模擬器組成

模擬器由以下設(shè)備組成:接收天線和接收饋線、接收通道、數(shù)字射頻存儲(chǔ)器、晶振，可變一本振、二本振、發(fā)射通道、發(fā)射饋線和天線等。

2.2.1 天線

天線由1路接收天線接收信號(hào)經(jīng)DFRM處理后，經(jīng)4路發(fā)射天線發(fā)射，用于輻射譯碼后產(chǎn)生的導(dǎo)彈回波模擬信號(hào)。

2.2.2 接收通道

接收通道裝有單路接收機(jī)，用一本振信號(hào)和二本振信號(hào)將接收到的雷達(dá)信號(hào)2次下變頻，變成便于數(shù)字采樣的中頻信號(hào)。中頻信號(hào)一路經(jīng)檢波形成視頻同步脈沖信號(hào)，該信號(hào)送給控制器用來同步和控制數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的工作。中頻信號(hào)另一路送到數(shù)字射頻存儲(chǔ)器用來采樣和存儲(chǔ)。

2.2.3 數(shù)字射頻存儲(chǔ)器

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器接收中頻信號(hào)、視頻同步脈沖和時(shí)鐘脈沖，進(jìn)行中頻A/D采樣、數(shù)字存儲(chǔ)、多目標(biāo)延時(shí)和多目標(biāo)的多普勒調(diào)制，分別對(duì)多目標(biāo)數(shù)字波形進(jìn)行高速D/A變換，形成中頻模擬信號(hào)。由控制器控制，產(chǎn)生帶有速度、加速度和多普勒調(diào)制多個(gè)目標(biāo)的中頻回波脈沖，送給發(fā)射通道。數(shù)控衰減器實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度按雷達(dá)方程的距離衰減模擬，計(jì)算機(jī)完成多目標(biāo)模擬參數(shù)計(jì)算。

2.2.4 發(fā)射通道

發(fā)射通道接收數(shù)字射頻存儲(chǔ)器形成的多目標(biāo)中頻信號(hào)，經(jīng)濾波放大、2次上變頻形成帶有多普勒信息的射頻模擬目標(biāo)信號(hào)，控制器產(chǎn)生控制電調(diào)數(shù)控衰減器衰減量的控制信號(hào)，使發(fā)射信號(hào)在功率上滿足雷達(dá)的測(cè)試要求。

2.2.5 本振源

本振源由晶振、可變一本振和二本振組成。本振源提供雷達(dá)波段的工作點(diǎn)頻所需下變頻和上變頻的本振信號(hào)，同時(shí)還提供時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)。

2.2.6 控制器

控制器的核心是具有高速運(yùn)算能力計(jì)算機(jī)?？刂破餍柰瓿梢韵氯蝿?wù):① 確定模擬目標(biāo)數(shù)目，裝訂模擬目標(biāo)初始距離、初始速度和加速度;② 計(jì)算模擬目標(biāo)距離、速度和多普勒調(diào)制;③ 模擬目標(biāo)的延時(shí)距離;④控制RAM的存取;⑤控制A/D、D/A轉(zhuǎn)換;⑥控制模擬目標(biāo)回波的動(dòng)態(tài)范圍。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在裝備驗(yàn)收時(shí)，采用該模擬器對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，模擬器設(shè)定了3種不同的彈道值，設(shè)置裝備對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了事后計(jì)算，比對(duì)結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

試驗(yàn)結(jié)果表明，該模擬器實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，達(dá)到了指標(biāo)設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用于靶場(chǎng)裝備的性能檢測(cè)。

4 結(jié)束語

利用現(xiàn)代雷達(dá)、DFRM和DDS等多種技術(shù)，通過接收測(cè)量雷達(dá)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行精確解讀，通過改變數(shù)據(jù)生成的參數(shù)可以獲得系統(tǒng)在各種目標(biāo)情況下的測(cè)量精度，從而對(duì)系統(tǒng)整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量精度進(jìn)行標(biāo)校，可以有效檢測(cè)系統(tǒng)的多目標(biāo)測(cè)量精度。 ■

［1］高梅國.雷達(dá)模擬器信號(hào)處理機(jī)［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(5):608－611.

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