多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器研究

張坤峰，梁 晶，張 允

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭條件下，雷達(dá)和電子戰(zhàn)裝備面臨的戰(zhàn)場電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，戰(zhàn)場環(huán)境已由“海、陸、空、天”四維戰(zhàn)場擴(kuò)展到了“海、陸、空、天、電磁”五維戰(zhàn)場，戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境也成為雷達(dá)和電子戰(zhàn)裝備能否達(dá)到實(shí)戰(zhàn)性能和能否發(fā)揮作戰(zhàn)效能的重要考驗(yàn)。對雷達(dá)系統(tǒng)而言，現(xiàn)代雷達(dá)面臨著復(fù)雜電磁環(huán)境下的多種威脅，雷達(dá)運(yùn)動(dòng)空間、散射特性、極化特性、頻譜特性等方面呈現(xiàn)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存已經(jīng)成為決定戰(zhàn)爭雙多樣化的趨勢[1]。對電子戰(zhàn)系統(tǒng)而言，在復(fù)雜電磁環(huán)境下由于信號的交迭和參數(shù)的多變，現(xiàn)役的告警電子支援和情報(bào)偵察等電子戰(zhàn)系統(tǒng)對威脅輻射源信號的識別都有虛警太多和漏警日益嚴(yán)重的問題，這關(guān)系到電子戰(zhàn)系統(tǒng)在實(shí)戰(zhàn)中的可用性和效能[2]。因此，只有在逼真的戰(zhàn)場復(fù)雜電磁信號環(huán)境下，才能真正檢驗(yàn)出雷達(dá)和電子戰(zhàn)裝備的實(shí)戰(zhàn)性能和作戰(zhàn)效能，為裝備的作戰(zhàn)使用提供真實(shí)可信的技術(shù)依據(jù)。利用雷達(dá)與電子戰(zhàn)裝備模擬仿真設(shè)備在內(nèi)場、外場構(gòu)建戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境已成為檢驗(yàn)雷達(dá)與電子戰(zhàn)裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)效能的必要手段之一，不但可滿足裝備研制、生產(chǎn)、調(diào)試、測試、試驗(yàn)、檢驗(yàn)的需求，而且可訓(xùn)練和培訓(xùn)作戰(zhàn)人員在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)裝備使用技能。其中，雷達(dá)信號模擬器是現(xiàn)代信息化條件下構(gòu)建密集、復(fù)雜多變電磁環(huán)境信號的必要手段[3]。隨著雷達(dá)與電子戰(zhàn)模擬仿真技術(shù)的發(fā)展，多模式、可重構(gòu)已成為雷達(dá)與電子戰(zhàn)裝備模擬仿真設(shè)備的重要發(fā)展方向之一。多模式、可重構(gòu)不但擴(kuò)展了雷達(dá)與電子戰(zhàn)模擬仿真設(shè)備的功能和用途，也決定了各種類型仿真模擬器研制成本和研制周期的控制程度。通常，為了節(jié)省成本，減少重復(fù)投資，縮短研制周期，必須采用可重構(gòu)技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)多種模擬器的研制，因此模擬器的構(gòu)架必須是可重構(gòu)的[4]。同時(shí)，模擬器的可重構(gòu)能力也要通過對軟件和硬件進(jìn)行精心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲取[5]。本文結(jié)合工程實(shí)際，提出了一種多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器，對復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器的研制具有較好的技術(shù)參考價(jià)值。

1 戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場信息化的迅速變革和發(fā)展，各種電子信息系統(tǒng)釋放的高密度、高強(qiáng)度、多頻譜、多體制、動(dòng)態(tài)變化的電磁波信號，構(gòu)成了日益復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境。戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的復(fù)雜性是對戰(zhàn)場電磁環(huán)境最本質(zhì)特性的描述，是指在一定的戰(zhàn)場時(shí)空范圍內(nèi)，自然電磁現(xiàn)象、人為電磁輻射、敵我雙方激烈對抗等綜合作用而形成的電磁環(huán)境，呈現(xiàn)出信號密集、種類繁雜、對抗激烈、動(dòng)態(tài)變化等特性，包括多種輻射源的有限空間交織、無數(shù)作戰(zhàn)裝備在有限頻譜資源中的密集分布、輻射源在時(shí)間上的時(shí)而密集時(shí)而靜默、輻射源能量上時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的動(dòng)態(tài)變化等。戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境涉及不同武器平臺和安裝在武器平臺上的各種輻射源，以及作戰(zhàn)裝備所處的背景環(huán)境。其中，主要武器平臺包括典型預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、無人機(jī)、戰(zhàn)斗攻擊機(jī)、電子戰(zhàn)飛機(jī)和各種大、中、小型水面艦艇等，各平臺的典型輻射源包括機(jī)載雷達(dá)、艦載雷達(dá)、地面防空雷達(dá)、火控雷達(dá)、導(dǎo)引頭雷達(dá)、通信設(shè)備、電子戰(zhàn)裝備、數(shù)據(jù)鏈、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(JTIDS)等。這些輻射源從時(shí)域、頻域、空域、調(diào)制域、功率域等方面釋放出動(dòng)態(tài)變化的戰(zhàn)場復(fù)雜電磁信號，體現(xiàn)了雷達(dá)及電子戰(zhàn)裝備在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下面臨的各種電磁輻射信號在頻率、時(shí)域、頻域、空域的分布狀況。雖然構(gòu)成戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的武器平臺和武器裝備輻射源眾多而復(fù)雜，然而從雷達(dá)及電子戰(zhàn)模擬仿真技術(shù)的角度而言，復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬可歸結(jié)為各種體制雷達(dá)信號模擬、通信信號模擬、塔康信號模擬、敵我識別信號模擬、數(shù)據(jù)鏈信號模擬、GPS信號模擬和背景信號模擬等多個(gè)方面，并通過對復(fù)雜多變的戰(zhàn)場作戰(zhàn)場景規(guī)劃，形成各種作戰(zhàn)場景下的典型作戰(zhàn)態(tài)勢，利用作戰(zhàn)場景驅(qū)動(dòng)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬器設(shè)備模擬產(chǎn)生雷達(dá)與電子戰(zhàn)裝備所面臨的逼真、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、貼近實(shí)際的戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境。

2 數(shù)學(xué)模型

戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境涉及各種體制雷達(dá)信號模擬、通信信號模擬、塔康信號模擬、敵我識別信號模擬、數(shù)據(jù)鏈信號模擬、GPS信號模擬、背景信號模擬以及戰(zhàn)場作戰(zhàn)場景規(guī)劃、場景驅(qū)動(dòng)模擬等方面，需要進(jìn)行大量數(shù)學(xué)模型的建立和驗(yàn)證，本文僅從雷達(dá)信號、通信信號、塔康信號、敵我識別信號模擬方面，選擇部分典型信號的數(shù)學(xué)模型加以闡述和探討。

2.1 雷達(dá)信號模型

雷達(dá)裝備種類和型號眾多，典型的雷達(dá)裝備包括機(jī)載雷達(dá)、艦載雷達(dá)、地面防空雷達(dá)、火控雷達(dá)、導(dǎo)引頭雷達(dá)等，從雷達(dá)信號類型上來講，又包括連續(xù)波雷達(dá)、常規(guī)脈沖雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、重頻滑變雷達(dá)、重頻抖動(dòng)雷達(dá)、重頻參差雷達(dá)、頻率捷變雷達(dá)、頻率分集雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、各種組合體制雷達(dá)等，本文僅闡述部分典型雷達(dá)信號數(shù)學(xué)模型。

2.1.1 頻率捷變信號模型

頻率捷變信號主要包括脈間頻率捷變信號和脈組頻率捷變信號，2種典型信號的數(shù)學(xué)模型如下：

(1) 脈間捷變信號模型

脈間捷變信號模型可表達(dá)為公式：

(1)

式中：fn為第n個(gè)脈沖的載頻，脈沖與脈沖之間的載頻是跳變的；φ(t)為脈內(nèi)調(diào)制，可以是調(diào)頻、調(diào)相；Tr(n-1)為前(n-1)個(gè)脈沖的重復(fù)周期之和，由于每個(gè)脈沖的重復(fù)周期可能不同，并不等于(n-1)Tr；n為捷變點(diǎn)數(shù)。

(2) 脈組捷變信號模型

脈組捷變信號模型可表示為：

(2)

式中：fn為第n個(gè)脈組的載頻，n為脈組總數(shù)，每個(gè)組內(nèi)的M個(gè)脈沖的載頻都是相同的，組與組之間的載頻是跳變的；φ(t)為脈內(nèi)調(diào)制，可以是調(diào)頻、調(diào)相；Tr(m-1)為每個(gè)脈組中前(m-1)個(gè)脈沖的時(shí)間和；Tr(n-1)M為前(n-1)個(gè)脈組的時(shí)間之和。

2.1.2 脈沖壓縮雷達(dá)信號

脈沖壓縮雷達(dá)信號主要包括脈內(nèi)調(diào)頻信號和脈內(nèi)相位編碼信號，脈內(nèi)調(diào)頻信號又可分為脈內(nèi)線性調(diào)頻信號和脈內(nèi)非線性調(diào)頻信號等，幾種典型信號的數(shù)學(xué)模型如下：

(1) 脈內(nèi)調(diào)頻信號

(a) 脈內(nèi)線性調(diào)頻信號

脈內(nèi)線性調(diào)頻信號模型可表示為：

(3)

式中：fi為每個(gè)脈沖的第i個(gè)子脈沖的載頻；N為子脈沖的個(gè)數(shù)，每個(gè)子脈沖的載頻是跳變的；φ(t)為信號相位，可以為脈內(nèi)調(diào)頻、調(diào)相，模擬脈內(nèi)線性調(diào)頻信號時(shí)，φ(t)可表達(dá)為公式：

φ(t)=±k(t-Tp/2)2

(4)

式中：Tp為脈沖寬度；k=±B/TP，為調(diào)頻斜率，B為調(diào)制帶寬，符號“±”表示調(diào)制斜率可正可負(fù)。

(b) 脈內(nèi)非線性調(diào)頻信號

脈內(nèi)非線性調(diào)頻信號模型可表達(dá)為公式：

(5)

根據(jù)f(t)的表達(dá)式可將結(jié)果分為不同的調(diào)制類型，如正弦、S型、三角等函數(shù)，利用正弦、S型、三角等函數(shù)作為脈內(nèi)頻率調(diào)制函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)脈內(nèi)正弦調(diào)頻信號、脈內(nèi)S型調(diào)頻信號和脈內(nèi)三角調(diào)頻信號的模擬。

(2) 脈內(nèi)相位編碼信號

脈內(nèi)相位編碼信號模型可表達(dá)為公式：

(6)

式中：Tp為脈沖寬度；φ(t)為隨時(shí)間調(diào)制的相位。

根據(jù)φ(t)的表達(dá)式定義相位調(diào)制類型和碼型，常用的相位調(diào)制類型包括二相碼和四相碼，常用的二相碼包括巴克碼和M序列碼、L序列碼等偽序列碼，常用的四相碼包括泰勒碼四相碼、自定義碼型等。

對于連續(xù)波雷達(dá)、常規(guī)脈沖雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、重頻滑變雷達(dá)、重頻抖動(dòng)雷達(dá)、重頻參差雷達(dá)、頻率分集雷達(dá)等雷達(dá)信號的數(shù)學(xué)模型，以及各種雷達(dá)天線掃描模型和天線方向圖模型不做贅述。

2.2 通信信號模型

通信信號體制包括模擬體制和數(shù)字體制，其中模擬體制通信信號包括調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)、調(diào)相(PM)、單邊帶(SSB)、雙邊帶(DSB)、殘留邊帶(VSB)、連續(xù)波(CW)等，數(shù)字體制通信信號包括移幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)、幅度鍵控(APK)、正交移相鍵控(QPSK)、正交頻率多路區(qū)分傳輸(OFDM)等。本文僅簡要闡述SSB、DSB、VSB、QPSK、OFDM幾種典型通信信號的數(shù)學(xué)模型。

2.2.1 模擬體制通信信號模型

(1) SSB信號

單邊帶調(diào)制SSB信號的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)為公式：

(7)

式中：“-”表示上邊帶信號；“+”表示下邊帶信號；Am為信號幅度；ωm為信號頻率。

(2) DSB信號

DSB信號的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)為公式：

SDSB(t)=m(t)cos(ωct)

(8)

式中：m(t)可以是確知信號，也可以是隨機(jī)信號；ωc為載頻。

(3) VSB信號

殘留邊帶調(diào)制VSB信號的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)為公式：

[M(w-wc)]H(w)

(9)

式中：“-”表示上邊帶信號；“+”表示下邊帶信號；H(w)為所需的殘留邊帶濾波器的傳輸特性，H(w)應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.2 數(shù)字體制通信信號模型

(1) QPSK信號

正交相移鍵控(QPSK)信號為又稱為4PSK， QPSK信號的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)為公式：

SQPSK(t)=Acos(ωct+φn)

(10)

(2) OFDM信號

OFDM信號的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)為：

(11)

式中：Bk為第k路子載波的振幅，它受基帶碼元的調(diào)制；fk為第k路子載波的頻率；φk為第k路子載波的初始相位。

2.3 塔康信號模型

塔康信號模擬涉及塔康信號-X信號、塔康信號-Y信號、主基脈沖群、輔基脈沖群、塔康信號-空地/空空模式、塔康信號-252個(gè)X/Y波道等的模擬。本文僅簡要闡述塔康信號-X信號、塔康信號-Y信號、主基脈沖群、輔基脈沖群的信號模型。

(1) 塔康-X信號、塔康-Y信號

X頻率為：962 MHz～1 024 MHz，1 151 MHz～1 213 MHz；

Y頻率為1 025 MHz～1 150 MHz。

其信號波形如圖1所示(X模式為脈沖對；Y模式為單脈沖)。

圖1 塔康-X、塔康-Y信號波形示意圖

其中，脈沖頂部的瞬時(shí)幅度不低于該脈沖最大幅度的95%，脈沖上升時(shí)間2.0±0.25 μs，脈沖下降時(shí)間2.5±0.50 μs，脈沖寬度3.5±0.50 μs。

(2) 主基脈沖群

X模式：由12個(gè)脈沖對組成，脈沖對間隔30 μs±0.1 μs；

Y模式：由13個(gè)單脈沖組成，脈沖間隔30 μs±0.1 μs；

主基脈沖群重復(fù)頻率：15 Hz±0.03 Hz。

(3) 輔基脈沖群

X模式：由6個(gè)脈沖對組成，脈沖對間隔24 μs±0.1 μs；

Y模式：由13個(gè)單脈沖組成，脈沖間隔25 μs±0.1 μs；

輔基脈沖群重復(fù)頻率：135 Hz±0.27 Hz；

輔基脈沖被主基脈沖鎖相并同步，在時(shí)間上與主基脈沖群重合的位置上，應(yīng)只出現(xiàn)主基脈沖群。

2.4 敵我識別信號模型

敵我識別信號模擬包括MARK X、MARK XII、MARK系列(MARK10/MARK12/MARK12 A)模式詢問和應(yīng)答信號、S模式等模擬。本文僅簡要闡述MARK X:1、2、3/A、B、C、D的模型。MARK XII、MARK系列(MARK10/MARK12/MARK12 A)模式詢問和應(yīng)答信號、S模式等模擬模型不做贅述。

MARK X中的模式1、2為軍用識別詢問，模式3/A(簡稱A模式)為兼用軍用識別和民用識別詢問，模式B只用于民用識別，模式C用于高度詢問；模式D為備用詢問模式，常用A、C 2種模式。其詢問信號的形式通常由3個(gè)脈沖(分別為P1，P2，P3)詢問體制確定。即不同詢問信號的模式由脈沖P1與脈沖P3之間的不同間隔確定。P1和P2間隔在任何模式都是2 μs±0.15 μs，其中P1～P3模式詢問脈沖，詢問波束主瓣輻射。P2為旁瓣抑制脈沖(控制脈沖，抑制副瓣方向上應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答)控制波束輻射。MAPK X 詢問模式信號格式如圖2所示，脈沖信號詢問形式如圖3所示，P1～P3的脈沖間隔如表1所示。

圖2 MAPK X 詢問模式信號格式

圖3 MAPK X脈沖信號詢問形式

其中，P1到P3之間的間隔為P1和P3脈沖0.5電平處脈沖前沿之間的間隔，小數(shù)表示允許的公差。P1、P2、P3的0.5電平脈沖寬度均為0.8 μs±0.1 μs，脈沖前沿寬度(0.1到0.9電平)均為0.05 μs～0.1 μs，脈沖后沿(0.9到0.1電平)均為0.05 μs～0.2 μs。

表1 P1～P3的脈沖間隔表

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器主要由場景規(guī)劃及操控顯示單元、可編程實(shí)時(shí)控制及高速數(shù)據(jù)交換單元、大容量存儲及播放單元、任意波形產(chǎn)生器單元、變頻濾波單元、射頻通道單元、寬帶精細(xì)步進(jìn)捷變頻率合成器單元、功放單元、天線單元和供電電源等組成，其系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)組成框圖

其中，場景規(guī)劃及操控顯示單元為一臺高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，承擔(dān)著多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器的系統(tǒng)配置與操控顯示、戰(zhàn)場態(tài)勢規(guī)劃與場景設(shè)置、場景解算及戰(zhàn)情分配、運(yùn)行控制及狀態(tài)顯示等功能，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心?？删幊虒?shí)時(shí)控制及高速數(shù)據(jù)交換單元為場景規(guī)劃及操控顯示單元實(shí)際執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要完成系統(tǒng)各單元的實(shí)時(shí)控制和時(shí)序控制，同時(shí)具備高速數(shù)據(jù)交換能力，實(shí)現(xiàn)大容量存儲及播放單元和任意波形產(chǎn)生器單元之間的大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)傳輸。任意波形產(chǎn)生器單元用于產(chǎn)生各種體制雷達(dá)信號、通信信號、塔康信號、敵我識別信號，是戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境信號產(chǎn)生的核心單元，具備任意波形產(chǎn)生能力和可編程能力。變頻濾波單元主要是將任意波形產(chǎn)生器單元輸出的包括雷達(dá)信號、通信信號、塔康信號、敵我識別等在內(nèi)的基帶復(fù)雜電磁信號變頻為射頻信號，并采取放大、濾波等措施，保證輸出射頻信號的質(zhì)量。射頻通道單元對變頻濾波單元輸出的射頻復(fù)雜電磁信號進(jìn)行大動(dòng)態(tài)幅度調(diào)制。寬帶精細(xì)步進(jìn)捷變頻率合成器單元為變頻濾波單元提供上、下變頻所需的本振信號。射頻通道單元輸出的射頻復(fù)雜電磁信號經(jīng)功放單元進(jìn)行功率放大后，通過天線單元輻射至雷達(dá)與電子戰(zhàn)裝備。

多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器具有實(shí)時(shí)信號模擬和信號回放2種工作方式，工作模式包括復(fù)雜信號模擬模式、雷達(dá)信號模擬模式、通信信號模擬模式、塔康信號模擬模式、敵我識別信號模擬等?；诂F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)+數(shù)字信號處理器(DSP)軟件動(dòng)態(tài)加載的多模式可重構(gòu)技術(shù)和基于高速DSP+高性能FPGA+高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的任意波形產(chǎn)生器技術(shù)是多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器實(shí)現(xiàn)多模式、可重構(gòu)能力的關(guān)鍵。

4 多模式可重構(gòu)技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)模擬器的多模式、可重構(gòu)功能，多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器的可編程實(shí)時(shí)控制及高速數(shù)據(jù)交換單元、任意波形產(chǎn)生器單元中均采用了DSP器件和FPGA可編程邏輯器件。通過基于FPGA的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)和DSP軟件動(dòng)態(tài)加載技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模擬系統(tǒng)的多模式可重構(gòu)。其中，通過FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)地使系統(tǒng)的可編程硬件快速重構(gòu)為系統(tǒng)所需模式的相應(yīng)功能固件；通過DSP軟件動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，使系統(tǒng)軟件快速更換，控制系統(tǒng)重構(gòu)，并在多種模式之間切換。

可重構(gòu)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種基于可編程邏輯器件為硬件基礎(chǔ)的新技術(shù)，可重構(gòu)技術(shù)也將成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)[6]。當(dāng)試驗(yàn)發(fā)生變化時(shí)，模擬器能夠從一種臨時(shí)固定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種臨時(shí)固定狀態(tài)，這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換稱之為重構(gòu)[7]。FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)可以在FPGA運(yùn)行時(shí)對其進(jìn)行全邏輯功能或部分邏輯功能的重新配置而不中止器件運(yùn)行[6]。文獻(xiàn)[8] 敘述了FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法，文獻(xiàn)[9]對FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)進(jìn)行了部分重構(gòu)實(shí)驗(yàn)。DSP軟件動(dòng)態(tài)加載技術(shù)也是目前較為成熟的軟件重構(gòu)技術(shù)之一，目前已經(jīng)得到了普遍和廣泛的應(yīng)用。因此，不再對基于FPGA的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)和DSP軟件動(dòng)態(tài)加載技術(shù)進(jìn)行贅述。

5 任意波形產(chǎn)生器技術(shù)

任意波形產(chǎn)生器是一種多波形的信號發(fā)生器，它不僅能產(chǎn)生正弦波、指數(shù)波等常規(guī)波形，也可以表現(xiàn)出載波調(diào)制的多樣化，產(chǎn)生調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相和脈沖調(diào)制等[10]。任意波形發(fā)生器用于產(chǎn)生各種制式的發(fā)射信號或者測試信號，在雷達(dá)、航天等領(lǐng)域具有重要作用[11]?；贒DS的任意波形產(chǎn)生器不但能實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度、高精度、高分辨率的要求，而且具有體積小、價(jià)格便宜等特點(diǎn)[12]。多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器通過高速DSP、大規(guī)模FPGA、高速DAC構(gòu)建了具有調(diào)頻、調(diào)相能力的高速寬帶DDS器件，實(shí)現(xiàn)了模擬器的任意波形產(chǎn)生器，可通過軟硬件重構(gòu)產(chǎn)生所需的各種信號波形。任意波形產(chǎn)生器單元組成原理如圖5所示。

圖5 任意波形產(chǎn)生器單元組成原理框圖

任意波形產(chǎn)生器單元主要由高速DSP、大規(guī)模FPGA、高速DAC、光模塊、千兆網(wǎng)模塊、DDR3、FLASH、時(shí)鐘電路、差分驅(qū)動(dòng)、單端驅(qū)動(dòng)及外圍供電電路組成。其中，DSP選用TI高性能DSP-TMS320C6678；大規(guī)模FPGA選用Xilinx公司生產(chǎn)的V7 系列FPGA芯片；高速DAC選用ADI公司的ADC9739芯片，最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá) 2.5 GHz，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位數(shù)可達(dá) 14 bit；光模塊將光信號轉(zhuǎn)換為電信號后通過差分信號與FPGA高速SERDES相連，在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)相關(guān)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換；千兆網(wǎng)接口采用千兆以太網(wǎng)接口芯片實(shí)現(xiàn)；高速DSP和大規(guī)模FPGA還連接有DDR3芯片、FLASH和相應(yīng)時(shí)鐘電路；差分驅(qū)動(dòng)和單端驅(qū)動(dòng)分別采用LVDM1677和74LVCC3245實(shí)現(xiàn)。

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

對本文所述多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器進(jìn)行了多種輻射源信號的射頻模擬，形成了復(fù)雜電磁環(huán)境信號，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性，其中幾種典型的雷達(dá)輻射源信號、塔康信號的測試驗(yàn)證結(jié)果如圖6～圖10所示。

圖6 頻率捷變雷達(dá)信號

圖7 脈內(nèi)線性調(diào)頻雷達(dá)信號

(13位Taylar碼 四相碼)(Frank碼八相碼)圖8 脈內(nèi)調(diào)相雷達(dá)信號

圖9 雷達(dá)天線掃描

圖10 塔康信號

7 結(jié)束語

通過上述試驗(yàn)驗(yàn)證可知，采用本文所述多模式可重構(gòu)復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器， 能夠較為真實(shí)地模擬雷達(dá)及電子戰(zhàn)裝備試驗(yàn)所需的外場復(fù)雜電磁環(huán)境，可滿足雷達(dá)及電子戰(zhàn)裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下性能測試、試驗(yàn)和檢驗(yàn)需要，對復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬器的研制具有較好的技術(shù)參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。