一种多波段搜索雷达模拟器的收发设计

一种多波段搜索雷达模拟器的收发设计

0干扰效果仿真研究雷达模拟器是模拟雷达技术性能的专用电子设备。它不仅可以测试和评估雷达系统的性能，而且可以模拟中国军事训练设备和敌方雷达的ecm算法和过程，定量测试试验设备的干扰效果。在电子对抗仿真实验系统中，集目标、杂波和干扰模拟于一体的射频信号生成系统，主要用于雷达抗干扰性能的评估和检验，而雷达模拟器系统主要用来检验和评估干扰机的干扰效果。本文详细地介绍一种多波段（L、S、C、X）雷达模拟器的收/发设计，它产生了多波段的雷达模拟信号，同时将干扰机的干扰信号和目标模拟信号、杂波模拟信号融于一体进行接收，从而检验干扰机对雷达的干扰效果及雷达本身的抗干扰能力，较好地满足了系统要求。1自适应跳频增强接收根据某系统要求，该雷达模拟器收/发系统要完成多波段雷达模拟信号的产生及模拟雷达信号发射；将接收多波段的干扰信号、产生的目标模拟信号及杂波模拟信号送天馈模拟系统后形成和、差及副瓣匿影通道，完成对该三通道的信号接收及中频直接采样形成I/Q数字信号送信号处理；同时增加一路侦察接收机主要完成对L、S、C、X四个波段的干扰信号的侦察接收，找出工作频段内干扰最小点，向信号处理或监控提供干扰最小点的频率代码，以改变本振频率，即实现自适应跳频增强接收机的抗干扰措施。由于接收机要接收L、S、C、X四个波段的信号，且相对带宽较宽（L:32%,S:33%,C:22%，X:16%），若要设计一覆盖四个波段的宽带接收机而不产生交调是比较困难的，而且设备量大。这里采用的方法是压缩接收前端的频带范围，通过点频标信号将L、S、C等波段要接收的信号上变到X波段，此时相对带宽较窄比较容易实现，同时只需产生一个X波段的一本振，然后以X波段接收机为基本接收通道完成对所要求的四个频率范围信号的接收功能。具体实现如图1所示：对多波段宽带干扰信号，当信号在L、S、C波段时，通过不同的变频本振信号将它们上变到X波段，再与宽带的X波段一本振混频转换为固定的中频信号加到天馈模拟单元，当信号为X波段时直接与一本振混频频转换为固定的中频信号加到天馈模拟单元。对回波模拟信号及杂波模拟信号采用在基带上产生数字的I、Q信号，通过数字上变频、混频、幅度控制产生与干扰同频、幅度可控的回波模拟信号和杂波模拟信号加到天馈模拟单元。通过天馈模拟单元形成和、差及副瓣匿影通道，在和通道上实现“宽限窄”功能，再经过一次变频产生中频信号，对该信号进行直接中频采样、数字下变频产生三路数字I、Q信号送信号处理进行分析。2信号输出电路在系统仿真时，发射模拟信号用于模拟雷达的发射信号，电子侦察接收机侦收到雷达信号后，产生雷达干扰信号以便检验干扰机对雷达的干扰效果或雷达的抗干扰能力，本方案采用在基带上产生所需波形的I、Q数字信号，将该信号经过数字上变频、D/A变换与二本振混频产生固定频率的射频信号，通过单刀双掷开关选择分时输出，一路作为回波模拟信号，一路与宽带X波段一本振混频、开关滤波再于变频本振混频可分别产生L、S、C、X四个波段的雷达模拟信号。具体实现如图2所示。该模拟信号通过系统控制，实现方向图模拟，可根据需要控制输出功率，工作在四个频段中的任意工作频率，模拟多普勒频移在基带信号中产生。由于激励信号要通过120米电缆到发射天线，确保发射信号满足相位噪声的要求，需合理设计接口电平，电缆损耗在X波段约60dB,责激励信号通过120米电缆、低噪声放大器、功放后附加相位噪声可为：-174+F-P3干扰发射装置频率捷变是反有源干扰的一种有效方法。频率捷变通常是指雷达在脉冲与脉冲间或在脉冲串与脉冲串之间改变发射频率的能力。在现代全相参雷达中，频率捷变是通过雷达接收机本振频率的捷变来实现的。当前，大多数宽频带阻塞式干扰机的工作频带都会超过雷达的工作频率带宽。为了对付这种干扰，雷达接收机中一般都安装一种叫“杂波分析和发射选择”的装置，即JATS(JammingAnalysisandTransmissionSelection）。该装置可分析干扰机的信号，找出干扰发射频谱的“凹点”，并选择最低干扰电平所对应的频率作为雷达信号的工作频率。这种对抗措施在对抗脉冲电子干扰、瞄准式杂波和非均匀性阻塞干扰式都是相当有效的。侦察接收机主要完成对L、S、C、X四个波段的干扰信号的侦察，找出该工作频段内干扰最小点，向信号处理或监控提供干扰最小点的频率代码，以改变本振频率，即实现自适应跳频增强接收机的抗干扰措施。同时可对干扰功率进行测量，测得数据可通过串口送给监控显示。原理框图如图3所示：对于四个波段（L波段、S波段、C波段、X波段）的干扰信号，在这里我们采用和接收机相同的工作频率即将四个波段信号变到X波段，所不同的是在这里一本振采用数控恒温VCO,VCO的工作频率由DSP数字控制，工作时DSP在工作频段输出不同的数字信号即可改变VCO的频率，DSP控制VCO的频率从低到高，通过两次变频、对数放大、A/D变换，这样即可测量出整个频段干扰信号的频率及幅度大小，此数据送给监控显示，同时DSP可分析出整个频段当前接收机的最佳工作频率点，并通过接口控制电路控制频率源自适应变频工作。4谐波发生器的设计频率合成器主要是产生所需的系统时钟信号、一本振、二本振、变频本振等信号。频率合成器的主要技术指标是相位噪声、频率捷变时间、杂散抑制度、频率分辨率等，为满足系统对跳频时间≤2μs的要求，采用全相参直接频率合成的方法产生所需的各种信号，具体实现如图4所示。对于二本振、变频本振在方案设计时，考虑到电路的易实现性，二本振及变频本振的频率为100MHz晶振的整数倍，设计一谐波发生器用滤波器直接选出。对于一本振信号，则要在X波段实现绝对带宽2GHz、频率步进为10MHz的两路输出，方案上采用先在C波段产生绝对带宽1GHz、频率步进为5MHz的信号，通过宽带二倍频器产生所需的一本振信号。一本振信号的跳频时间主要取决于声表开关滤波组件的开关时间和声表滤波器的延时，目前可做到1.2μs左右，实际测得的一本振跳频时间约为1.2μs。直接频率合成的相位噪声主要取决于晶振、倍频器、分频器和混频器，在X波段，在晶振确定的情况下，主要取决于高次倍频器即谐波发生器的附加相位噪声，实验结果证明：对阶跃二极管合适的激励电平和直流偏置，高次倍频器输出信号的相位噪声恶化接近理论值20lgN(N倍频次数）。图5给出了一本振输出信号的典型相位噪声曲线。5搜索雷达模拟该模拟器实现了对宽带多波段信号的接收，动态范围大（达110dB）,噪声系数低；采用数字上变频技术，完成了多种波形的产生，实现了高精度的模拟目标信号、模拟杂波信号的产生；完成了多波段（L、S、C、X）、低相噪的雷达发射信号产生，并能对发射信号功率进行高精度控制；对干扰信号进行扫