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机载相控阵雷达模拟器系统设计与实现研究

胡小川  
【摘要】: 机载雷达信号模拟器是数字模拟技术与雷达技术想结合的产物,它通过模拟的方法产生机载雷达回波信号,以便在实际雷达系统不进行试飞的条件下,对雷达系统进行调试。特别是现代雷达功能越来越复杂,对其各部分及系统的调试和测试变的越来越困难,外场试飞实验和调试成本高,因此,研制机载雷达信号模拟器是非常必要的。 而且,随着电子干扰与反干扰技术的迅速发展,如何测试和评估电子干扰与反干扰效果也逐渐成了一个难题。通过雷达信号模拟器,可以在模拟的雷达回波中加入各种类型的干扰,因而可以方便地对雷达的抗干扰能力进行全面的测试。 由于雷达信号模拟器在雷达调试、性能评估和设备维护等方面的重大用途,雷达信号模拟技术不断发展,已成为雷达技术的一个重要分支。尤其在近几年,雷达信号模拟器的研制已成为国内外军事研究领域的一个热门研究方向。 本文以某种机载相控阵雷达信号模拟器的研制为背景,对目标回波信号和杂波的模拟理论和算法以及系统实现等问题进行了较为深入的研究,并通过采用高速、高性能的DSP,实现了对机载相控阵雷达信号的实时模拟。 本文完成的主要工作和创新之处有: ①针对国家“九五”、“十五”某预研项目,与课题组成员共同设计并实现了一套“机载火控相控阵雷达模拟器”系统,该模拟器系统可以针对具有任意速度变化、任意运动轨迹和各种起伏特性的目标,以及多种雷达发射脉冲波形、脉冲重复频率(PRF)和脉冲宽度,在每个波束指向均能实时产生两个目标的数字模拟回波信号、视频回波模拟信号和射频回波模拟信号。而且,通过该模拟器系统的射频阵列天线及其伺服控制系统,可以模拟目标在空中的实际回波信号,让雷达通过天线进行接收,从而真实地模拟雷达的实际工作状态。 经测试,该系统达到了系统设计的技术要求,能够提供满足某种机载相 WP=6 控阵雷达地面调试要求的雷达信号。该模拟器系统是国内第一台能实时模拟机载相控阵雷达多目标环境的系统,具有强的通用性、实时性、和技术先进性; ② 对Texas Instrument(TI)公司最新一代的TMS320C6000系列高速、高性能DSP芯片在雷达模拟器中实时产生回波数据的算法和实现进行了深入的研究。采用C语言和汇编语言联合编程的方法,实现了系统DSP的软件编写。该软件采用了用C语言建立框架结构,而在程序高重复部分和有运算速度要求的地方,用汇编语言编写具有高并行能力程序的方法,不仅满足了系统高运算速度和实时性的要求,也使得软件系统结构模块化,代码具有良好的维护性和重用性; ③ 对机载相控阵雷达HPRF、MPRF的和、差通道地面杂波功率谱进行了较为全面的研究,通过建立由四个子波束构成的机载相控阵雷达杂波和差波束天线方向图数学模型,选取体现高度线杂波的修正的地面后向散射模型,以载机平飞为例,采用沿距离门——等多普勒线区域积分的方法,得到了杂波功率谱,并利用零记忆非线性变换法实现了机载相控阵雷达常规脉冲情况下瑞利分布、对数正态分布和韦布尔分布地面杂波的模拟; ④ 提出了采用在视频上对目标回波的多普勒频率进行模拟的方法。尽管用这种模拟方法产生的多普勒频率与采用DDS的方法在模拟器的中频通道上实现多普勒频率之间有细微的差别,但经过分析,雷达在对由两种方法产生的数据作谱分析时,得到的目标幅度谱是一样的,仅在相位上相差一个常数,从而雷达得到的多普勒频率是一样的。因而在视频上模拟目标回波的多普勒频率的方法是可行的,并且简化了系统; ⑤ 对机载相控阵雷达目标回波的理论分析和模拟实现进行了深入研究,在目标回波模拟系统方案中采用了用一路目标信号通过和、差波束天线方向图增益进行调制并用移相器控制和、差通道相位的方法,产生目标三个通道的信号。提出了在很短的一帧时间里用匀加速直线运动拟和目标实际运动轨迹的方法,简化了目标回波模拟系统并实现了目标数据的实时模拟。


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