回波信號(hào)模擬器在同體制雷達(dá)中的應(yīng)用

韓亞娥

摘要：雷達(dá)信號(hào)模擬器（Radar Simulator）是隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的輔助設(shè)備，能夠完成目標(biāo)回波信號(hào)和外部雜波干擾信號(hào)的模擬仿真，是維修人員平時(shí)進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè)的一個(gè)重要的輔助工具和訓(xùn)練雷達(dá)操作員的重要仿真設(shè)備。隨著雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步帶來的是雷達(dá)模擬器的革命性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：可控跳頻;可控的延時(shí)發(fā)射;人性化操作;小體積

1引言

本文是在結(jié)合某型號(hào)雷達(dá)回波信號(hào)模擬器實(shí)際研制工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用光纖延遲技術(shù)進(jìn)行脈沖雷達(dá)的電磁波延遲，可模擬目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行功能及部分性能檢測(cè)。該模擬器特點(diǎn)是無需外部觸發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配套雷達(dá)發(fā)射的射頻信號(hào)的接收處理，產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過特定延時(shí)并且精確度較高的模擬射頻回波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的某個(gè)固定距離點(diǎn)上的目標(biāo)模擬，通過預(yù)設(shè)定的方式對(duì)模擬器進(jìn)行頻點(diǎn)設(shè)定，可以使其工作頻點(diǎn)與配套雷達(dá)當(dāng)前工作頻點(diǎn)相同。其工作原理如下：

首先，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過設(shè)置模擬器電源單元面板上的供電選擇開關(guān)，使模擬器工作在蓄電池或外部交流電供電模式。若為220V交流供電，則由內(nèi)部電源模塊將其轉(zhuǎn)換為+27V，供模擬器內(nèi)部模塊及控制板使用;若為蓄電池供電，該蓄電池可直接提供+27V，供模擬器其它部分使用。

模擬器開機(jī)后，根據(jù)需要模擬的距離和雷達(dá)工作頻點(diǎn)，在模擬器前面板進(jìn)行延時(shí)及頻點(diǎn)設(shè)定，模擬器控制板將設(shè)置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制指令分別送給延時(shí)模塊和面板指示燈。

完成設(shè)置后，模擬器進(jìn)入穩(wěn)定接收狀態(tài)，等待雷達(dá)發(fā)射的無線電射頻信號(hào)。當(dāng)模擬器接收天線接收到雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)后，首先由功率衰減器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行衰減，以滿足延時(shí)模塊最大輸入功率0dBm的要求。之后，該信號(hào)進(jìn)入延時(shí)模塊，并由延時(shí)模塊對(duì)該信號(hào)進(jìn)行多級(jí)模擬濾波延時(shí)。

雷達(dá)發(fā)射信號(hào)經(jīng)延時(shí)模塊的延時(shí)處理，輸出信號(hào)約為-20dBm，再經(jīng)過限幅功率放大組件，最終由模擬器的發(fā)射天線發(fā)射給雷達(dá)。

2 ?延時(shí)模塊

延時(shí)模塊主要是將來自接收天線的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)后轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間為30us、60us等根據(jù)需要可選。延時(shí)模塊工作頻率可與雷達(dá)工作頻率設(shè)置一致，共19個(gè)頻點(diǎn)，其頻率控制為5bit單端TTL電平，由前面板進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)控制板轉(zhuǎn)發(fā)給延時(shí)模塊，根據(jù)實(shí)際使用時(shí)架設(shè)距離本模擬器最大輸入功率10dBm。為了確保延時(shí)模塊輸入功率≤10dBm，將在接收天線和延時(shí)模塊之間增加可調(diào)節(jié)衰減器。

延時(shí)插損為：≤45dBm@20us，經(jīng)放大補(bǔ)償后，信號(hào)輸出功率≥-35dBm，能夠滿足后端功放模塊輸入需求。

整個(gè)延時(shí)模塊供電為+12V（約300mA）、+5V（約1500mA）、-5V（約300mA）。射頻信號(hào)收發(fā)端口均采用SMA-KFK接口，供電及控制電平采用標(biāo)準(zhǔn)矩形插座，體積約為180mm×120mm×70mm。

3 ?功放模塊

功放模塊主要是將來自延時(shí)模塊的小功率信號(hào)進(jìn)行功率放大，以達(dá)到模擬器輸出功率要求，該模塊收發(fā)端口均采用SMA-KFK接口，供電及控制采用焊接形式。

4 ?電源單元

電源單元由直流電源和蓄電池組成，直流電源主要將220V/50Hz交流電轉(zhuǎn)換為+27V直流電壓，蓄電池主要在無220V/50Hz交流電時(shí)為模擬器供電。

模擬器通過面板的雙刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)直流電源和蓄電池的切換，兩個(gè)模塊+27V供電均連接到信號(hào)處理單元供電插座上，再由信號(hào)處理單元中的控制板將+27V電壓轉(zhuǎn)換為其他部分所需的+5V、+12V、-5V供電。

具體原理見圖2。

5 ?模擬器控制板

模擬器控制板是將前面板上的設(shè)置轉(zhuǎn)換為控制電平，用于完成對(duì)其它模塊的控制輸入。

控制板主要由DC/DC電源模塊、FPGA芯片及其配置電路構(gòu)成，對(duì)外通過矩形插座進(jìn)行通訊。DC/DC模塊主要將+27V電壓轉(zhuǎn)換為控制板所需的+5V、+12V、-5V電壓，F(xiàn)PGA用于實(shí)現(xiàn)對(duì)面板按鈕響應(yīng)、數(shù)碼管顯示及指示燈控制，同時(shí)輸出延時(shí)模塊所需的頻率控制、延時(shí)控制電平，完成模塊輸入狀態(tài)檢測(cè)。

6 ?試驗(yàn)過程

試驗(yàn)結(jié)合我單位實(shí)際產(chǎn)品XXX雷達(dá)，將模擬器架設(shè)在雷達(dá)角度范圍內(nèi)距離雷達(dá)約100m，模擬器和雷達(dá)之間無遮擋，將模擬器喇叭通過射頻和箱體連接，并使角錐喇叭基本對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)。

架設(shè)完畢后雷達(dá)開機(jī)，模擬器加電。按照當(dāng)前雷達(dá)工作模式，將模擬器設(shè)置為遠(yuǎn)區(qū)80us脈寬，延時(shí)100us，頻率9.3GHz，并將雷達(dá)送來的差分觸發(fā)線連接到模擬器箱體的觸發(fā)接線柱上。雷達(dá)搜索區(qū)域設(shè)置在15000m處，角度覆蓋模擬器所在位置，啟動(dòng)雷達(dá)搜索指令，雷達(dá)捕獲目標(biāo)并轉(zhuǎn)入對(duì)目標(biāo)的跟蹤。經(jīng)常時(shí)間觀察，雷達(dá)能夠?qū)δM器建立穩(wěn)定跟蹤，從而通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬器設(shè)計(jì)有效。

7 ?數(shù)據(jù)分析

按照6的方法，將模擬器架設(shè)在相對(duì)于雷達(dá)FW3°，俯仰-0.3°位置，模擬距離4500m時(shí)，通過雷達(dá)對(duì)模擬器進(jìn)行了20次試驗(yàn)。以下分別從能否成功捕獲模擬器、測(cè)量的距離精度、方位角、俯仰角精度等4方面進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見圖4～圖6。

8 ?應(yīng)用前景

某型雷達(dá)目前已被廣泛應(yīng)用于軍事、民用各領(lǐng)域，我單位也有多個(gè)型號(hào)的該型雷達(dá)，其在外場(chǎng)調(diào)試、雷達(dá)整機(jī)接收通道有效性調(diào)試、外場(chǎng)抗干擾測(cè)試等領(lǐng)域均需要攜帶大量昂貴儀器，這種方法不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且對(duì)環(huán)境要求較高。

雷達(dá)模擬器的能有效解決上述問題，其成效主要體現(xiàn)在：

1）該雷達(dá)模擬器的研制，可有效替代儀器，完成雷達(dá)的外場(chǎng)調(diào)試，降低儀器使用頻率和損耗，防止儀器在外場(chǎng)惡劣環(huán)境使用的損壞，節(jié)約儀器使用成本;

2）方便同波段相同體制雷達(dá)的場(chǎng)外調(diào)試測(cè)試。雷達(dá)需要靠目標(biāo)體的反射完成信號(hào)回波的采取，在外場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境下較難達(dá)到;同時(shí)，因?yàn)橹車h(huán)境因素的干擾，回波信號(hào)會(huì)加入多徑、雜波等不利因素。但采用觸發(fā)模式的一次雷達(dá)模擬器后，能夠從時(shí)域避開近距雜波，而且因采用了有線觸發(fā)，模擬器能夠產(chǎn)生不受干擾的穩(wěn)定模擬回波信號(hào);

3）在外場(chǎng)1：1電磁兼容試驗(yàn)時(shí)，使用雷達(dá)模擬器能夠節(jié)省儀器和人力成本，方便電磁兼容測(cè)試試驗(yàn)，而且這種測(cè)試方法能夠真實(shí)反映雷達(dá)本身電磁兼容特性。

（作者單位：陜西長(zhǎng)嶺電子科技有限責(zé)任公司）