??雷達是電子裝備的重要門類，從問世至今70余年，以其在信息獲取、信號處理、測量*估等方面的獨特優(yōu)勢，在二戰(zhàn)及戰(zhàn)后的各次重大局部戰(zhàn)爭及國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用，雷達技術(shù)在某種程度上已成為電子科技水平的重要標志。 ??隨著雷達測試的要求，雷達信號的模擬仿真技術(shù)也應(yīng)運而生。雷達目標信號模擬是模擬仿真技術(shù)與雷達技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過模擬仿真方法產(chǎn)生包含目標信息的回波信號，對雷達系統(tǒng)進行調(diào)試、分析、標校和*價，已成為現(xiàn)代雷達系統(tǒng)設(shè)計的必要手段。 ??研制完成的雷達距離校準儀采用數(shù)字射頻存儲、寬帶微波IQ調(diào)制、小型化寬帶合成本振、微波開關(guān)濾波等新技術(shù)，實現(xiàn)相參雷達的目標回波信號模擬。主要用于雷達定期標校、雷達維修后的目標探測功能的檢驗及標定，以及雷達的科研生產(chǎn)測試，具有一定的通用性。 ??1 工作原理 ??雷達距離校準儀采用標準上架式臺式結(jié)構(gòu)設(shè)計，考慮到儀器的高可靠性、可擴展性和操作方便性，儀器可分為本振模塊、上下混頻模塊、中頻信號處理模塊、雷達目標模擬模塊、IQ混頻模塊、CPCI主控平臺等部分，其中主控平臺由控制模塊、母板、鍵盤、液晶顯示器、通信接口、系統(tǒng)電源構(gòu)成，其他部分均采用相對獨立的模塊化設(shè)計。各模塊均從儀器后面插入整機，通過母板獲取電源并完成數(shù)據(jù)交換。圖1是整機組成框圖。 ?? ??圖1 整機組成框圖 ??本振模塊提供用于上下混頻模塊的本振信號，下混頻模塊接收來自輸入天線的射頻信號，輸出下混頻后的中頻信號。中頻處理模塊對中頻信號進行濾波放大及功率分配，目標模擬模塊實現(xiàn)雷達目標信號的距離與速度模擬。IQ混頻模塊對加入目標信息的中頻信號進行上混頻，輸出雷達目標模擬信號。所有的控制信息和設(shè)置參數(shù)由主控機通過CPCI總線發(fā)送到相應(yīng)的模塊，所測得的數(shù)據(jù)通過接口總線匯總到主控機，由主控機完成相應(yīng)的處理、顯示。 ??通過天線接收到的雷達信號送到雷達通用目標模擬信號發(fā)生器內(nèi)。在本裝置內(nèi)，采用“寬帶混頻接收、大容量高速數(shù)字射頻存儲”的方案，實現(xiàn)對雷達發(fā)射波形進行采集和存儲。按照先進先出順序，對存儲數(shù)據(jù)延時后回放，延時大小根據(jù)要模擬目標距離確定。目標速度模擬通過對雷達發(fā)射信號頻率進行多普勒頻移來進行，接收和輸出通道分別對雷達發(fā)射信號和產(chǎn)生目標回波信號進行幅度調(diào)理。 ??雷達發(fā)射信號通過面板輸入端口、程控衰減、開關(guān)濾波、低噪聲放大后與本振進行混頻產(chǎn)生中頻信號，為了保證雷達發(fā)射信號不失真，接收通道瞬時帶寬大于雷達實際帶寬。混頻器輸出的中頻信號經(jīng)過濾波后送到數(shù)字射頻存儲模塊。包含有目標距離和速度信息的中頻信號經(jīng)過移相功分器分為兩路正交信號，與本振信號進行IQ混頻，由于上下混頻采用相同本振源，回放的雷達目標回波信號與雷達發(fā)射信號相參，控制輸出通道程控衰減器的衰減量，可改變目標回波大小，并能方便地實現(xiàn)與雷達接收機功率匹配。 ??2 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn) ??2.1 數(shù)字射頻存儲與信號回放技術(shù) ??大范圍、高精度的目標信號模擬是本項目的關(guān)鍵技術(shù)之一。其具體實現(xiàn)框圖如圖2所示，主要包括A/D轉(zhuǎn)換、降速控制、雙端口RAM及管理、升速控制、D/A轉(zhuǎn)換和延遲控制邏輯電路。 ?? ??圖2 數(shù)字射頻存儲原理框圖 ??對采樣頻率和存儲深度進行計算和優(yōu)化，以滿足瞬時帶寬和量化噪聲要求。升速電路通過利用FPGA搭建合適的高速數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)。延遲控制電路進行存儲器寫地址和讀地址之間的數(shù)學(xué)運算，實現(xiàn)目標回波距離的模擬。 ??2.2 多普勒頻率源及目標速度模擬技術(shù) ??雷達目標速度的檢測是通過對目標信號的多普勒頻移測試來實現(xiàn)的，本項目中采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)來產(chǎn)生多普勒頻率，原理框圖如圖3所示。 ?? ??圖3多普勒頻率源原理框圖 ??為了提高整機的集成度，采用兩片電路實現(xiàn)雙通道DDS，滿足本設(shè)計要求的速度范圍和速度分辨率要求，可實現(xiàn)頻率范圍從直流到500 kHz、頻率分辨率優(yōu)于0.01 Hz、相位噪聲優(yōu)于-130 dBc/Hz@10 kHz和近端雜散小于-70 dB的高性能多普勒頻率輸出，完全能夠滿足整機性能要求。 ??為了實現(xiàn)目標速度的模擬，將多普勒源輸出頻率信號與數(shù)字射頻存儲模塊輸出的中頻信號進行混頻，本設(shè)計中采用了正交IQ調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)載波與無用邊帶信號的抑制，如圖3中虛線框所示。 ??通過調(diào)整相位偏移寄存器的值，提高邊帶抑制指標。校準后中頻輸出信號的載波抑制及鏡像抑制指標典型值為-50 dB，達到了比較滿意的效果。 ??2.3 寬帶微波IQ調(diào)制與校準技術(shù) ??本設(shè)計中要實現(xiàn)頻率范圍1～18 GHz寬頻帶IQ混頻，具體為采用1 GHz～4 GHz射頻IQ混頻和4 GHz～18 GHz微波IQ混頻，能夠改善載波泄漏指標。調(diào)節(jié)IQ調(diào)制器的IQ輸入差模電壓，能夠改善鏡像抑制指標。本儀器具有1～18 GHz寬帶矢量調(diào)制功能，具有較大的靈活性。微波IQ調(diào)制器的頻率范圍可達3～20 GHz， IQ調(diào)制器校準電路原理框圖如圖4所示。 ?? ??圖4 IQ 調(diào)制器校準電路原理框圖 ??數(shù)控移相器原理框圖如圖5所示。每一級電路由兩只單刀雙擲開關(guān)、延時線構(gòu)成，通過控制，可以選擇不延時或者延時。對于60 MHz中頻，第一級的移相為1°，第二級的移相為2°，第三級的移相為4°，第四級的移相為8°。故四階數(shù)控移相器可實現(xiàn)的移相范圍為0～15°，移相分辨率為1°。 ?? ??圖5數(shù)控移相器原理框圖 ??加入中頻移相器并進行IQ幅度補償后，儀器輸出信號的載波泄漏及鏡像抑制指標改善10～20 dB，典型指標達-40 dB，滿足了儀器的測試需求。 ??2.4 小型化低相噪寬帶合成本振技術(shù) ??小型化寬帶本振源是本項目的關(guān)鍵模塊件之一，其性能指標直接影響到整機的技術(shù)指標。主要包括參考板、本振板、倍頻分頻板，提供用于上下變頻的本振信號，要求頻率范圍1 GHz～18 GHz，采用鎖相頻率合成加開關(guān)倍頻分頻濾波技術(shù)。 ??參考模塊提供本振板需要的10 MHz、1 GHz低相噪?yún)⒖夹盘枴Ｔ诒緝x器中使用了表面聲波壓控振蕩器及常規(guī)鎖相電路形式，實現(xiàn)了1 GHz低相噪?yún)⒖夹盘栞敵觯湎嘣霝?130 dBc/Hz@10 kHz。 ??為了降低電路的復(fù)雜度，實現(xiàn)本振頻率合成的小型化，本振電路采用了體積與重量都較小的微波寬帶VCO進行設(shè)計。本振板原理框圖如圖6所示。本振板輸出的5～10 GHz信號經(jīng)倍頻、分頻、濾波、放大、穩(wěn)幅后輸出1～20 GHz本振信號，其典型輸出功率大于16 dBm。 ?? ??圖6 本振模塊原理框圖 ??基于自主創(chuàng)新的電路拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的1～20 GHz寬帶本振在不使用YIG振蕩器的情況下，已經(jīng)達到了常規(guī)用YIG振蕩器及取樣環(huán)技術(shù)所能達到的相噪指標，頻率分辨率3.725 Hz，省掉了常規(guī)實現(xiàn)方法的小數(shù)分頻板和YIG驅(qū)動板，體積、重量均大幅降低，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。 ??3 國內(nèi)外同類產(chǎn)品對比分析 ??國外雷達目標模擬信號發(fā)生器及相關(guān)技術(shù)較為成熟，其技術(shù)方案從最初延遲線、光纖延遲到現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字射頻等不同階段，其典型產(chǎn)品有美國郝爾利（Herley）公司研制的變色龍II雷達目標模擬器。