一种便携型雷达目标模拟器

方案，FPGA完成雷达目标距离延时信息的模拟和多普勒频率的测频，DSP完成数据通信、射频模块的控制和多普勒频率的自校准功能。经试验验证，该型雷达目标模拟器满足实际使用需求，具有一定的通用性。

关键词：雷达目标模拟器；目标模拟；FPGA；DSP

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.28.094

雷达的英文为Radar-Radio Detection and Ranging，意为无线电检测与测距。由此名称可見：雷达的根本任务是发现目标，并测量其距离。通常，雷达通过测量脉冲的发射信号与接收反射信号间的时间间隔测距，雷达是利用目标对电磁波的反射（或称为二次散射）现象来发现目标并测定其位置的。因此，空中一切飞行的目标都可能作为雷达的探测目标。

雷达目标模拟技术，是系统模拟技术和雷达技术相结合的产物，雷达目标模拟技术模拟的对象是雷达的目标和环境，其模拟的结果是复现包含雷达目标的及目标环境信息的雷达回波信号。

设计了一种便携式雷达目标模拟器，采用串口RS422接口与主机进行数据通信，最终完成雷达目标模拟的过程。此种设计对测试设备的系统选择不具有依赖性，可适用于PXI、PCI等其他多种总线形式的计算机系统架构，该雷达目标模拟器设计合理，可移植性强。

1 雷达目标模拟器的组成及工作原理

1.1 雷达目标模拟器的组成

图1所示为便携型雷达目标模拟器的组成框图。该型雷达目标模拟器主要由控制板1、控制板2和一块功稳放大组件构成。功稳放大组件是该款雷达目标模拟器的射频处理核心模块，其主要完成对射频基准信号的功率稳定处理、目标距离延时信息和多普勒频率速度信息等的加载。控制板2主要依据控制板1产生的DA控制信号产生需要的多普勒频率，同时与控制板1构成一个多普勒频率自校准的环路，在实际使用过程中当环境温度等条件发生变化导致多普勒频率发生偏移时，对多普勒频率进行校准。控制板1经由RSS422接口与主机进行数据通信，接收主机设置的目标相对速度、目标距离、回波信号衰减量等信号；同时能够根据主机下发的指令信息对雷达产生的脉冲重复频率进行延时处理，加载目标的距离信息；根据主机下发的目标相对速度信息，产生一路DA信号给控制板2的压控振荡器产生需要的多普勒频率，并能够完成对控制板2产生的多普勒频率的测频功能，对多普勒频率进行模拟器内部的自校准；根据主机下发的输出信号衰减量控制指令，产生另一路DA控制信号，控制功稳放大组件内部的电调衰减控制器对产生的带有目标信息的射频信号进行需要的功率衰减。

1.2 雷达目标模拟器的工作原理

图1所示，雷达产生并输出给雷达目标模拟器的射频基准首先经过AGC（Automatic Gain Control，自动增益控制）环路进行功率稳定，然后进入脉冲调制器，与经由控制板1进行延时处理后的脉冲重复频率信号进行脉冲调制，然后进入调幅器，将多普勒频率信号加载至经脉冲调制后的射频载波信号上，再进入电调衰减控制器，根据主机控制对加载目标信息后的射频信号进行需要的功率衰减，最后经由天线进行输出，返还给雷达本身，完成整个目标回波模拟的过程。

在整个目标模拟过程中，脉冲重复频率的延时时间DT（Delay Time）根据雷达的基本原理，可由以下公式得到：

其中l为雷达发射机与目标之间的距离，c为电磁波传输速度，由于其在空气中传输的速度约为光速，即为3×108m/s。

目标模拟过程中，需要加载的多普勒频率fd可由多普勒效应公式推得：

其中v为雷达与目标之间相对速度，λ为无线电波信号的波长，θ为目标相对运动方向与无线电波发射方向的夹角，在实际模拟过程中假设该夹角为零，即目标与雷达相对运动方向与无线电波发射方向成一直线且两者间距离正缩短。

所以，在实际的雷达目标模拟过程中，仅需无线电波信号的中心频率和设置的目标相对速度，即可以得到需要加载的多普勒频率fd。

2 控制系统的设计

图2所示为控制系统的功能框图。控制系统在该型雷达目标模拟器中起着至关重要的控制作用，其通过串口RS422接收主机下发的目标距离信息、目标相对速度信息和需要的输出射频信号衰减量，对雷达输出的脉冲重复频率进行延时处理，并产生两路DA控制信号输出至控制板2和功稳放大组件。控制系统的电路设计采用的是经典的DSP+FPGA的架构，主要由DSP系统、FPGA系统、脉冲整形电路、数模转换电路和电源电路等部分组成。其中脉冲整形电路主要完成对脉冲重复频率信号和多普勒频率进行整形处理；数模转换电路实现DSP输出的12位数字信号的模拟量转换输出；电源电路将5V输入电压转换为FPGA、DSP等板上芯片需要的供电电压。

控制系统最终输出多普勒频率控制信号DA1、衰减控制信号DA2及延时脉冲信号，并完成对产生的多普勒频率进行测频和自校准功能。

3 技术参数

经试验验证，本文提出的雷达目标模拟器达到的技术指标如下：最大输出功率：0dBm；功率稳定度≤1dB；多普勒频率精度10Hz；多普勒频率范围6～320 kHz；距离延时分辨率10ns；延时时间范围0～300μs；衰减器可调步长1dB；输出动态范围100dB，主机程序可控。该型雷达目标模拟器的各项指标均能够满足试验和使用要求，对主机系统不具有依赖性，仅需RS422接口即可调试或使用，并经过试验和测试验证，使用效果良好。

4 结束语

本文依据实际使用环境需求，提出了一种便携型雷达目标模拟器，具备如下优点：调试和联试方便，对计算机系统不具有依赖性；占用系统资源少，仅需一个RS422接口，同时减少了测试系统内部接线，降低受干扰几率；采用模块化设计，将所有资源整合至一个单元内部，集成度高。经实际验证，本雷达目标模拟器完全满足使用需求，具备一定的通用性。