PD雷达目标模拟器的实现

2017-07-02田增罗璇江苏金陵机械制造总厂

航空维修与工程 2017年10期

■ 田增罗璇/江苏金陵机械制造总厂

0 引言

在现代战争中,雷达系统面临着低空、超低空突防,反辐射导弹、综合电子干扰等多方威胁。因此,为了提高雷达性能,在地面进行机载雷达系统维护或测试时,必须配置功能完善的检测设备,而测试的前提是提供该型雷达的目标模拟器。脉冲多普勒机载火控雷达不同于其他类型的脉冲体制雷达,要求生成的回波信号与雷达信号必须保持严格相参关系,其特点如下。

1) 工作在相参系统。对目标模拟器的回波信号质量要求高（即高纯度的频谱特性）,而且应严格保持相参性。

2) 工作波形复杂。模拟生成的回波信号应完全与其波形特征相适应。

3) 技战术指标精度高。在判别距离模糊和速度模糊的情况下,对距离、方位和速度有很高的测量精度。

1 常用工作方式

1.1 外场工作

当目标模拟器进行外场联调时,为能适应雷达的不同工作状态,通过空间辐射获取雷达RF脉冲信号,并以应答方式产生回波信号,检查雷达的工作状态。测试原理框图如图1所示。

1.2 内场工作

当目标模拟器在试验室条件下（暗室内）使用时,采用RF注入方式获得雷达射频信号,用于检测各系统的相关指标。在计算机软件控制下,生成实时回波信号,对雷达进行检测,确保雷达在地面预调达到正常工作。

2 设计方案

图1 外场测试原理图

图2 模拟器组成框图

目标模拟器主要为机载PD雷达的测试提供回波激励信号,包括目标及干扰。通过1553B雷达内总线接收雷达的状态数据,实时产生目标回波、干扰信号、信标及敌我识别信号。本设计方案的目标模拟器主要由主控计算机、控制分机、本振源分机、微波分机、目标分机、收发天线单元等几部分组成,系统框图如图2所示。

2.1 控制分机

控制分机的原理框图如图3所示,主要由双口存储器、目标控制单元、距离产生器、幅度控制器、频移控制器及频综控制器等组成。

主控计算机通过双口存储器发送指令给目标控制单元,目标控制单元根据指令要求将命令发送给相应的频移控制器、距离产生器等模块,产生回波目标/干扰信号的各项参数,使系统的模拟功能更为丰富、更加灵活,也提高了系统工作的可靠性。同时,控制单元还对机内频率源、信标进行参数控制。口存储器来传送。双口存储器的容量为32k×8bit,存储速率为40MHz。

图3 控制分机原理框图

2）目标控制单元

对双口存储器和系统控制单元送来的命令码进行译码、格式转换,并将这些命令和参数实时送往对

1）双口存储器

用于收发计算机和接口控制分机的交联信息,用户通过计算机界面输入的目标参数信息和控制信息都经过双应的控制器。

3）幅度控制器

根据目标控制单元的指令,对运动目标幅度进行实时控制,可满足1/R4的距离衰减要求。幅度控制器使用12位D/A,转换速率为1MHz。

4）精密宽带频综控制器

根据目标控制单元的指令,对频率综合器进行实时控制,使本机调谐在与雷达相对应的工作频率上。

5）距离产生器

根据目标控制单元的指令,对数字延时线进行实时控制。由于采用了20MHz时钟频率,距离分辨率可达到7.5m。

6）多普勒频移控制器

根据目标控制单元的指令,对Fd发生器进行实时控制,使DDS产生的多普勒频移能在0～1MHz范围内使用。

7）信标控制器

目标模拟器通过1553B总线接收雷达数据,按RDR命令产生相应代码的脉冲编码BCN,编码可由软件设定。

图4 本振源分机原理框图

2.2 本振源分机

本振源分机的原理框图如图4所示。该分机主要是产生目标模拟器所需的各基准信号及本振信号,其频率点可由软件控制,经上/下变频后与雷达工作频率点相对应。同时,使用本振源分机还可模拟出电子战环境中的有源电子干扰信号,如速度欺骗干扰、距离欺骗干扰、多普勒闪烁等。由于被测试系统是包括PD体制的机载雷达,故该本振源分机产生的信号与被测试系统应该是相参的。

图5 限幅放大衰减组件原理框图

图6 下变频组件原理框图

本振源分机主要采用了微波固态器件、高精度频率综合器、数字微波锁相环、高速数字器件及模块化结构设计等通用化的硬件系统设计,以及计算机图形界面、结构化程序、模型数据库等软件系统设计。

1）本振源部分：采用恒温晶体源锁相倍频技术产生微波宽带数控频率源,模块设计。

2）中频部分：采用高速专用数字集成电路组合,自带微处理器模块。各功能相同的模块是通用的。

3）射频部分：采用全微波固态器件,模块化的结构。各功能相同的模块是通用的,可灵活地组成试验系统,较易进行改变,并可根据特殊要求扩展使用,以满足实际需要。

4）计算机接口部分：采用高速逻辑控制技术及大规模集成电路设计,提高了接口的可靠性。

5）控制软件：采用结构化设计、专用接口协议,可自检,具有优良的扩展和维护性。

2.3 微波分机

来自机载雷达的RF信号经过微波接收通道两次下变频后变成适合处理的中频信号,通过中频处理器后叠加目标多普勒频率,目标多普勒频率可叠加速度拖引信号、多普勒频率闪烁干扰信号等。这一信号经过数字储频器储存一定时间后形成延迟,并经幅度电平处理电路,得到具有一定幅度变化规律的延迟中频信号,幅度变化规律是由距离、目标RCS等因素的变化带来的,此信号通过微波发射通道的两次上变频后形成RF发射信号发射给雷达。

微波分机包括一个微波接收通道、三个微波发射通道、功率合成等几个部分。

1) 微波接收通道

微波接收通道包括限幅放大衰减组件和下变频组件。

a.限幅放大衰减组件

限幅放大衰减组件将接收到的雷达RF信号幅度调整到适合下变频组件工作的幅度,其原理如图5所示。

宽带限幅器的作用是,当输入的RF信号幅度大于0dBm时将幅度限制在0dBm,当输入的RF信号幅度小于0dBm时输出幅度不变化。这样做的好处是防止大信号烧坏接收通道。

宽带隔离器是使输入信号只沿着一个方向传输,以免产生不必要的干扰。

宽带低噪声放大器和宽带程控衰减器是将输出幅度调整到适合下变频组件工作的幅度,即只要外界输入信号幅度达到微波接收通道可调整的范围,目标模拟器即可正常工作,也就是扩大了下变频组件的工作范围。

b.下变频组件

下变频组件的功能是将RF信号通过二次变频变换为中频处理的频率,其原理框图如图6所示。

RF信号首先通过隔离器输入到宽带微波混频器的RF端,与来自本振源分机的LO1信号进行混频产生丰富的组合频率,则可通过滤波器滤出所需要的高中频信号。由于混频器存在8dB左右的变频损耗,滤波器存在3dB左右的滤波插损,因此需要由低噪声放大器对损失的幅度进行补偿,放大器的增益约为11dB。

高中频信号经过混频器与来自本振源分机的LO2信号再进行一次混频、滤波、放大、功分、耦合后,得到所需要的幅度约为0dBm的两路IF信号以及一路监测信号。

2）微波发射通道

微波发射通道包括上变频组件和幅度调整组件。

a. 上变频组件

该组件的功能是将来自中频分机和干扰分机的信号通过二次变频变换为微波发射通道要发射的频率,其原理框图如图7所示。

上变频组件与下变频组件是一对功能相反的组件。来自两个中频分机、一个干扰分机的中频信号合成后,耦合一路作为监测,主路信号与来自本振源分机的LO2信号进行第一次混频,经滤波、放大后得到高中频信号,此信号再与LO1信号进行混频、滤波、放大后得到与雷达发射信号频率相同的RF信号。在设计过程中,放大器的配置与下变频组件的设计一样,也是用来补偿因混频和滤波带来的幅度损失。

图7 上变频组件原理图

图8 幅度调整组件

图9 目标分机原理框图

在混频得到高中频信号时,由于需要滤出的信号与LO2信号非常接近,所以对滤波器的指标要求比较高。采用矩形系数非常抖的滤波器可以很好地滤出所需信号,同时又将不需要的谐波、杂散等信号抑制到最低。

b. 幅度调整组件

该组件是将上变频组件的输出信号幅度调整到目标模拟器所需要的发射幅度上,其原理框图如图8所示。宽带隔离器是为了防止放大的信号倒流,宽带程控衰减器和宽带功率放大器则是为了调整信号幅度,宽带限幅器是为了防止大信号倒灌烧坏发射通道。

3）功率合成组件

该组件的主要功能是将目标信号、信标信号、外加干扰信号叠加在一起,使回波信号同时具有这些信息。

2.4 目标分机

目标分机的技术指标是决定目标模拟器性能的关键部分,为此从原理及实施方案上进行了多种比较试验。目前采用先进的直接数字合成技术（DDS）和数字射频存储技术（DRFM）形成目标分机,使目标模拟器采用数字方式生成目标信号,既与雷达信号保持相参特性,又为计算机控制目标的运动参数创造了有利条件。

如图9所示,目标模拟器的单套目标分机是由大动态数字衰减组件、数字延时组件、Fd发生器等组成,系统在中频完成目标参数的生成、有关的距离变化、运动速度和信号强度的控制等。

DDS技术是近几年来发展迅速的一种频率合成技术,全数字化结构赋予其输出频率带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、易集成等优点。频率、相位和工作模式控制由一个与微处理器兼容的接口来进行,可选用8位并行口或串行口来控制。频率相位寄存器存放的是固定频率所对应的相位增量,包括Fd频率在内,调相增量寄存器存放的是相位调制增量值,两者经相位累加器相加,再查表得到数字调相信号,经D/A、低通得到中频调相输出信号。