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雷达距离校准仪的工作原理是什么?有哪些关键技术?

2019年11月02日 文章来源:网络整理 热度:83℃ 作者:刘英

雷达是电子装备的重要门类,从问世至今70余年,以其在信息获取、信号处理、测量*估等方面的独特优势,在二战及战后的各次重大局部战争及国民经济中发挥着重要作用,雷达技术在某种程度上已成为电子科技水平的重要标志。

随着雷达测试的要求,雷达信号的模拟仿真技术也应运而生。雷达目标信号模拟是模拟仿真技术与雷达技术相结合的产物,通过模拟仿真方法产生包含目标信息的回波信号,对雷达系统进行调试、分析、标校和*价,已成为现代雷达系统设计的必要手段。

研制完成的雷达距离校准仪采用数字射频存储、宽带微波IQ调制、小型化宽带合成本振、微波开关滤波等新技术,实现相参雷达的目标回波信号模拟。主要用于雷达定期标校、雷达维修后的目标探测功能的检验及标定,以及雷达的科研生产测试,具有一定的通用性。

1 工作原理

雷达距离校准仪采用标准上架式台式结构设计,考虑到仪器的高可靠性、可扩展性和操作方便性,仪器可分为本振模块、上下混频模块、中频信号处理模块、雷达目标模拟模块、IQ混频模块、CPCI主控平台等部分,其中主控平台由控制模块、母板、键盘、液晶显示器、通信接口、系统电源构成,其他部分均采用相对独立的模块化设计。各模块均从仪器后面插入整机,通过母板获取电源并完成数据交换。图1是整机组成框图。

雷达距离校准仪的工作原理是什么?有哪些关键技术?

图1 整机组成框图

本振模块提供用于上下混频模块的本振信号,下混频模块接收来自输入天线的射频信号,输出下混频后的中频信号。中频处理模块对中频信号进行滤波放大及功率分配,目标模拟模块实现雷达目标信号的距离与速度模拟。IQ混频模块对加入目标信息的中频信号进行上混频,输出雷达目标模拟信号。所有的控制信息和设置参数由主控机通过CPCI总线发送到相应的模块,所测得的数据通过接口总线汇总到主控机,由主控机完成相应的处理、显示。

通过天线接收到的雷达信号送到雷达通用目标模拟信号发生器内。在本装置内,采用“宽带混频接收、大容量高速数字射频存储”的方案,实现对雷达发射波形进行采集和存储。按照先进先出顺序,对存储数据延时后回放,延时大小根据要模拟目标距离确定。目标速度模拟通过对雷达发射信号频率进行多普勒频移来进行,接收和输出通道分别对雷达发射信号和产生目标回波信号进行幅度调理。

雷达发射信号通过面板输入端口、程控衰减、开关滤波、低噪声放大后与本振进行混频产生中频信号,为了保证雷达发射信号不失真,接收通道瞬时带宽大于雷达实际带宽。混频器输出的中频信号经过滤波后送到数字射频存储模块。包含有目标距离和速度信息的中频信号经过移相功分器分为两路正交信号,与本振信号进行IQ混频,由于上下混频采用相同本振源,回放的雷达目标回波信号与雷达发射信号相参,控制输出通道程控衰减器的衰减量,可改变目标回波大小,并能方便地实现与雷达接收机功率匹配。

2 关键技术的实现 2.1 数字射频存储与信号回放技术

大范围、高精度的目标信号模拟是本项目的关键技术之一。其具体实现框图如图2所示,主要包括A/D转换、降速控制、双端口RAM及管理、升速控制、D/A转换和延迟控制逻辑电路。

雷达距离校准仪的工作原理是什么?有哪些关键技术?

图2 数字射频存储原理框图

对采样频率和存储深度进行计算和优化,以满足瞬时带宽和量化噪声要求。升速电路通过利用FPGA搭建合适的高速数据选择器来实现。延迟控制电路进行存储器写地址和读地址之间的数学运算,实现目标回波距离的模拟。

2.2 多普勒频率源及目标速度模拟技术

雷达目标速度的检测是通过对目标信号的多普勒频移测试来实现的,本项目中采用直接数字频率合成技术来产生多普勒频率,原理框图如图3所示。

雷达距离校准仪的工作原理是什么?有哪些关键技术?

图3多普勒频率源原理框图

为了提高整机的集成度,采用两片电路实现双通道DDS,满足本设计要求的速度范围和速度分辨率要求,可实现频率范围从直流到500 kHz、频率分辨率优于0.01 Hz、相位噪声优于-130 dBc/Hz@10 kHz和近端杂散小于-70 dB的高性能多普勒频率输出,完全能够满足整机性能要求。

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