1总体技术方案1.1总体设计概述雷达信号环境模拟器能够产生各种类型的雷达辐射信号，为XX电子侦察设备的鉴定试验，产生所要求的各种类型的雷达辐射信号，构建既定的复杂雷达信号的电磁环境，以便准确评估雷达侦察设备的技术战术指标和效能。

雷达信号环境模拟器在系统中的地位和作用如下图所示：图4.1-1 设备在系统中的地位和作用测评系统主要由被试的雷达侦察设备、雷达信号环境模拟器(5个频段构成)、评测系统软件等设备组成。

1.2总体设计方案雷达信号环境模拟器的总体组成框图如下图所示：辐射源数据库用于存储各种雷达和平台的参数(包括真实雷达和虚拟雷达)，通过主控计算机进行读取，辐射源数据可以进行添加、修改和删除等操作。

主控计算机是人机交互的平台，主要完成试验场景描述、试验过程的管理和试验工作状态和参数记录等。

试验场景描述首先进行需要模拟的雷达的数量、位置的设定，然后从雷达辐射源库中选取雷达参数，对每部雷达的类型、天线扫描方式、扫描周期、扫描速度、雷达信号的射频频率、脉冲宽度、脉冲重复周期PRI 变化类型等进行配置。

主控计算机根据设置的每部雷达的参数，将需要模拟的雷达动态分配给1~5个雷达信号模拟器中的一个，再利用通信接口将相应的雷达参数发送到对应频段的雷达信号模拟器。

各频段的雷达信号模拟器内置的控制DSP ，根据主控计算机传送的雷达信号数量和雷达信号参数数据，按照每部雷达各自的脉冲时序，生成对应的时序控制信号，分配给每个雷达中频信号产生器，产生所需要的雷达中频信号波形数据和中频信号。

控制DSP 根据雷达工作频段，控制信号各波段射频模块进行变频和放大，通过天线辐射出去。

各频段的雷达信号模拟器配置有位置和授时接口，用于接收载车提供的GPS/北斗位置和授时信息。

在试验过程中记录各频段雷达信号模拟器的当前位置信息，并且以授时时间作为时间基准，按照场景设定的时间要求模拟产生雷达信号，并且为雷达信号模拟器的信号参数记录打上时间标志。

主控计算机与各频段的雷达模拟器有两种通信方式，一种是以太网/无线通信两种方式，另一种是无线通信方式。

在工作过程中通过太网/无线通信方式传送工作命令、参数和状态信息。

2分系统设计根据雷达信号环境模拟器的总体组成及其特点，将系统分为天线、射频分系统、中频分系统、主控计算机分系统等，分别进行讨论和分析。

射频分系统包括上变频和功率放大器，中频分系统包括中频雷达信号模拟器、嵌入式显示控制器等。

2.1天线的参数和选择2.1.1天线的主要技术指标天线是雷达信号环境模拟器的重要部件之一。

系统产生的各波段的雷达射频信号，通过空间辐射方式送给被测雷达侦察设备。

天线的主要技术指标要求如下：●频率范围：0.5~18GHz，26.5~40GHz；●增益：≥10dBi；●驻波比：小于2.5；●阻抗：50Ω。

设计选择后的天线的基本性能指标如下表所示：表2.1-3 宽带天线的基本参数从上表可以看出，上述天线可以满足本系统要求。

2.2射频分系统设计2.2.1射频通道总体组成原理5个频段的射频通道具有相同的结构。

由宽带上变频滤波模块和管理放大2.2.2 射频分系统控制按照系统总体对工作频段划分情况，雷达信号环境模拟器工作频率范围被划分为5个频段，每个频道配置一个雷达信号模拟器。

在各频段的雷达信号模拟器中，为了实现对输出射频信号频率和功率的控制，设置了通信与控制单元。

通信控制单元对内设置频率综合本振的频率和中频衰减器的衰减值，对外采用SPI 接口，与模拟器控制模块交互命令和工作状态。

通信控制协议如下图所示：命令字控制编码8位16位0XEF 频率控制码0XED 衰减值控制码命令字帧结构0XEE 保留本振频率命令字帧衰减命令字帧工作状态命令字帧通道编号8位通道编号通道编号通道编号0XEB工作状态编码工作状态字帧通道编号图2.2-4射频通道的通信控制协议在工作过程中，模拟器控制模块向各射频通道的通信控制单元发送命令，射频通道的通信控制单元向模拟器控制模块回送工作状态。

射频通道在自检模式下，提供SPI 接口回传自检结果。

自检可返回本振频率、衰减器、混频器、输出功率等工作状态。

通信控制协议帧长度为32位（双字），其约定为：（1）首字节为命令字类型，包括本振频率命令、衰减命令、工作状态命令、工作状态。

（2）第二字节为通道编号，有效值为1~5，代表射频通道的编号。

（3）第三和四字节（16位）为控制码或者状态码。

控制码包括频率控制码和衰减控制码，工作状态编码为射频通道工作状态编码值。

工作状态编码值为系统自检使用，编码形式待定。

衰减控制码有效值为0~40，单位是dB ，步进值1dB 。

频率控制码的有效值各通道不同，单位规定为MHz ，步进值1MHz 。

频率控制码采用相对码，其关系如下表所示：表2.2-5 频率控制码编码2.3中频分系统设计2.3.1中频分系统的主要技术指标按照系统总体指标要求，与中频分系统有关的主要技术指标分配情况如下：1)中频中心频率：960MHz；2)中频带宽：250MHz；2.3.2中频分系统组成雷达信号环境模拟器有5个工作频段，每个频段的射频信号频率不同。

而雷达中频信号产生器的硬件平台采用统一设计的通用平台，产生所需的各频段的雷达中频信号。

通信接口用于嵌入式本地显示控制器与主控计算机之间的网络或者无线通信，接收主控计算机的雷达参数和命令。

嵌入式本地显示控制器有两者工作方式，本地方式和远程方式。

远程方式受主控计算机控制，本地方式可以独立的设置雷达信号模拟器的参数，控制雷达信号模拟器的工作。

通信与控制DSP的功能之一是通过USB 总线与显示控制器通信，接收雷达工作参数和命令，并且通过SPI总线向波形控制DSP分发雷达参数和工作命令；通信与控制DSP的功能之二是通过SPI总线控制射频分系统的工作参数，包括射频频率和射频功率等参数，同时也接收射频分系统的自检信息通信与控制DSP的功能之三是通过RS232接口接收GPS/北斗模块的定位和授时信息。

每个频段的雷达中频信号产生器有3个模块，每个模块一块板卡。

每个模块包括波形控制器DSP、4个并行的全数字化雷达信号波形产生通道，以及中频信号合成器等单元组成。

其组成原理如下图所示：图2.3-1 中频分系统组成中频分系统的关键是雷达信号波形产生模块，它利用DDS技术构建，包括DDS和DDS控制器两个主要部分。

在DDS控制器的控制下，产生所需要的雷达中频脉冲波形数据。

DDS控制器接收波形控制DSP的雷达信号参数和雷达脉冲描述字，形成DDS的控制参数和时序控制参数，并且分别传送到波形产生DDS 和时序产生单元，产生给定的中频脉冲波形数据，然后进行天线扫描调制，形成中频脉冲。

中频脉冲波形经过滤波、幅度控制后送给信号合成模块。

雷达中频信号产生模块基于由高性能FPGA实现，采用全数字化雷达波形产生技术，具有灵活的和强大的波形产生能力、广泛的适应性。

每个频段的中频分系统中有3个独立的雷达信号波形发生模块，每个模块包含4个雷达信号产生通道，可以产生1-4部雷达的中频脉冲。

因此，每个雷达中频分系统可以产生1-12部雷达脉冲，也就是说，对应的每个工作频段可以同时产生1-12部雷达的脉冲信号。

雷达信号产生模块基于DDS技术产生雷达脉冲信号，其组成原理如下图所示：图2.3-2雷达信号产生模块组成原理雷达信号产生控制单元接收控制DSP的雷达参数，控制DDS产生雷达波形数据，并且送给波形数据缓存。

雷达参数包括以下主要内容：●雷达信号类型参数：连续波、调频连续波、脉冲信号；●雷达脉冲参数：脉冲宽度、脉冲重复周期、重频抖动、重频参差选择、脉冲幅度等；●脉内调制参数：调制类型、调频斜率类型、带宽、相位调制码序列；●脉冲载频偏移参数：固定载频、脉间捷变、脉组捷变、频率编码、频率分集等；●天线扫描参数：天线主瓣宽度、旁瓣电平、天线扫描方式、天线扫描周期。

2.3.3雷达信号波形的基本类型现代雷达类型众多，按照其使命采用不同的工作体制。

雷达的体制从工作使命看，包括预警雷达、火控雷达、制导雷达、导航雷达、成像雷达等，而从技术体制看，包括常规脉冲雷达、脉冲压缩雷达、相控阵雷达、PD雷达、SRA雷达、ISAR雷达、连续波雷达等技术体制，可谓种类繁多。

但是，如果从雷达辐射信号波形来看，各种技术体制的雷达选用的信号形式主要为以下几种形式：●调幅脉冲信号；● 线性调频和非线性调频脉冲信号； ● 相位编码脉冲信号；● 连续波信号和调频连续波信号。

其中调幅脉冲信号是现代雷达中最常用、最简单、同时也是最重要的一种雷达信号，习惯上又称为常规脉冲雷达信号。

线性调频信号是通过非线性相位调制或线性频率调制获得大时宽带宽积的典型例子，由于线性调频信号可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以线性调频信号已经广泛应用于高分辨率雷达和脉冲压缩雷达等领域。

而相位编码信号也因其固有的特性被越来越广泛的应用于脉冲压缩技术当中。

2.3.3.1 调幅脉冲信号调幅脉冲信号是最基本和最常用的雷达信号。

其数学表达式为：t f j t f j e TtArect e t u t s 0022)()()(ππ== （2.3-1）其中A 为信号幅度，T 是为脉冲宽度（PW ），0f 为载波频率。

雷达脉冲重复周期为PRI ，其信号波形如下图所示：图2.3-3 调幅脉冲雷达信号波形2.3.3.2 线性调频信号线性调频信号（也称chirp 信号）的数学表达式为：20012()22()()()j f t t j f tt s t u t eArect e Tπμπ+== (2.3-2)式中A 为信号幅度，0f 为载波频率，T 为脉冲宽度，T B /=μ为信号的调频频率，B 为调制带宽，)/(T t rect 为矩形函数。

22)/()(t j e T t rect t u πμ=是信号的复包络，由傅立叶变换性质可知，信号与其复包络具有相同的幅频特性。

调频频率0>μ时，线性调频信号的脉内频率的变化从低到高变化，称为正斜率线性调频信号；反之调频频率0<μ时，线性调频信号的脉内频率的变化从高到低变化，称为负斜率线性调频信号，它们是线性调频信号的两种基本形式。

正斜率的线性调频信号的波形和频率变化关系示意图如下图所示：图2.3-4 正斜率的线性调频信号的波形和频率变化关系一般情况下，1BT ≥(即大时宽带宽积)，线性调频信号特性表达式如下：幅频特性：()()LFM f f S f B -= (2.3-3)相频特性：20()()4LFM f f f ππμ-Φ=-+(2.3-4)信号的瞬时频率：0(22)i f f t T t T μ=+-≤≤ (2.3-5)下图是线性调频信号的时域波形、幅度谱、相频谱。

信号的参数如下：带宽B=1MHz ，脉冲宽度T=100s μ。