一种新型雷达信号模拟器设计
刘亲社1，王国红2，王 星1
（1 空军工程大学 工程学院，陕西 西安 710038；2 空军工程大学 理学院，陕西 西安 710038） 摘 要：设计了一种新型雷达信号模拟器，能够提供多种特殊雷达信号，并且设置灵活方便，当
用户需要时，可进行软件升级。介绍了该雷达信号模拟器的功能、特点、性能指标和研制方案，
提供一种雷达信号产生的解决方法。
关 键 词：新体制雷达；信号模拟器；脉冲产生器；射频信号
中图分类号：TN955 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2006)0189-07
随着新体制雷达相继问世，现代雷达大都采用了以捷变频和相干信号处理等为代表的新技术，反干扰
措施越来越完善，对这些体制的雷达实施干扰越来越困难。信号环境日益复杂，电子对抗技术的发展和新
电子对抗设备的研制迫切需要一种能提供多种特殊雷达信号的设备，以适应这种发展变化。我们设计研制
的新体制雷达信号模拟器就是一种半实物物理仿真设备，一部分设备使用实际设备而其他部分采用计算机
模拟和处理，例如雷达信号环境和信号处理等均可使用软件模拟。这种方法具有很强的通用性，不仅适用
于现有的装备，也可以模拟采用某种新技术的装备，对于现有装备的改进和新装备的研制都具有实用价值，
是一种相对经济、实用的方法[1,2]。
1 新型雷达信号模拟器的功能特点和性能指标
新型雷达信号模拟器的主要功能是：提供各类信号的调制波形，控制射频频率，控制输出信号的功率。
根据用户指定的信号类型、脉宽、重复周期、射频频率等参数，控制模拟器的各个相关部分，最后输出满
足要求的信号。
1.1 主要特点
1.1.1 多样性和灵活性 多样性是指模拟器控制系统能够提供多种类型的雷达信号调制波形。为了产生多
种特殊雷达信号，要求控制系统能灵活控制雷达信号的脉冲宽度、重复周期、射频频率。能够提供的信号
类型主要有：连续波、常规脉冲信号、均匀脉组串信号、重频参差信号、线性调频信号、巴克码调相信号、
捷变频信号等。
灵活性主要表现在两个方面：①各种信号的参数可以灵活设置。例如：信号的脉冲宽度、重复周期、
射频频率等都可以在其各自的范围内任意设置。②信号类型可以灵活选择。模拟器同时有几路的信号输出，
各路之间是相互独立的，而且一个支路有多种信号类型供选择。由于信号个数、信号类型、信号参数均能
灵活选择，给用户提供了极大方便。用户可以根据自己的需要，选择合适的信号个数和类型，来组合输出
各种信号。
1.1.2 智能化 控制系统具有智能化的特点，采用工控机作为控制中心，由计算机完成对模拟器的各项控
制，设计了良好的人机界面，采用软面板输入参数具有自动检错功能，以避免用户误操作引起的错误。用
- 2 -户还可以利用查询功能查询各支路信号的当前状态，包括信号类型及其相应的各项参数，以便对照参考。
1.1.3 模块化 在系统的设计中重视模块化的特点，包括硬件设计模块化和软件设计模块化，这样可以简
化设计、方便调试和易于维护。
1.1.4 容易更新 在控制系统的设计中，采用了软件与硬件相结合的方法控制各信号的类型及参数，特别
是采用了FPGA（现场可编程门阵列）和EPLD来产生各种信号波形和控制信号，大大缩小了设备体积，
缩短了研制周期，并且修改方便。当修改FPGA时，只需对FPGA和EPLD重新编程即可，所以当需要修
改已有信号类型或增加信号类型时，仅对FPGA的编程软件及相应的控制软件作适当修改就可完成，不需
要修改硬件，缩短了修改周期及费用。这使模拟器具有很大的优越性，一是因为随着雷达技术的发展，雷
达信号也在发展，智能化控制系统易更新的特点，使模拟器能迅速跟上雷达信号的发展，从而为电子对抗
设备能适应这种发展变化提供良好的基础，二是可以满足用户对某些特殊信号的要求。当用户需要产生某
种新的特殊雷达信号时，不改变硬件系统，只需修改软件，就可以很容易地满足要求。
1.2 主要性能指标
1）射频输出频率：200MHz~18GHz；功率≥10mW。
2）射频输出分为6路： UHF（200~1000MHz）；L（1000~2000MHz）；S（2000~4000MHz）；
C（4000~8000MHz）；X（8000~12500MHz）；Ku（12500~18000MHz）。
3）射频输出可调衰减范围：0~60dB,步进1dB。
4）视频脉冲参数：脉宽（0.1~999μs）；重复周期（1~9999μs）。
5）可产生各种调制和编码信号。
6）最大线性调频带宽300MHz；可在全频带内任意跳频，频率捷变速率<1μs。
2 研制方案
按照调制方法进行分类，雷达信号的波形产生方法可分为3个层次：① 调制脉冲变化（包括重频、
脉宽、幅度、脉冲个数、脉冲间隔）；② 调制脉冲内部信息码元变化（包括信息相位编码、脉间相位变化）；
③ 载频变化(包括普通调频、线性调频、非线性调频、频率编码、频率捷变) [3]。新型雷达信号模拟器的总
体方案如图１所示：
它分为主控计算机和信号发生器两部分，我们可以根据所能掌握的电子战情报，经过分析与综合，建
立雷达信号数据库和电子战电磁环境数据库，输入计算机，由主控计算机来完成对各种复杂数据的处理，
将它变成各种相应的信号关系，传送给信号发生器。
主控计算机还可完成对信号发生器的各项控制，当需要更新雷达数据或信号发生器面板操作不便时，
操作者可使用显控计算机的软面板进行操作，在WINDOWS中直接运行遥控软件实现对信号发生器的完
全控制。
信号发生器由视频脉冲形成电路、射频信号产生器组、MCU控制电路、通讯接口、显示控制单元和
雷达数据存储器构成。MCU控制电路是整机的控制中心，由它来控制视频脉冲形成电路和射频信号产生
- 3 -
器组产生所需的雷达信号，它通过通讯接口电路完成与主控计算机的通讯，执行主控计算机的指令，从主
控计算机获取雷达信号数据，并可将雷达信号数据和一些设置参数存储于雷达数据存储器中，显示控制单
元由显示器件和输入开关、按钮等组成，用于输入、设定和显示雷达参数和工作状态。考虑目前大部分机
载电子对抗设备的频率范围，我们将射频输出频率范围定为200MHz~18GHz，这个频率范围很宽，很难用
一个射频信号产生器产生，所以按通用波段将频率范围分为6段，分别由6个射频信号产生器产生，经6
个天线输出，这样可同时模拟不同频段的多部雷达。
信号发生器的核心技术是脉冲形成电路和射频信号产生电路，其中调制脉冲变化可分为以下几种情
况。简单脉冲信号：a、重频（周期）变化；b、脉宽变化；② 脉冲串信号：a、脉冲组个数变化；b、脉冲
组内脉冲个数变化；c、脉冲组间隔变化；③ 调幅脉冲信号。雷达调制脉冲产生器，能根据用户需求，产
生重频和脉宽可变，脉冲串参数可任意设置的雷达脉冲信号。并固化了10种机载雷达和导弹制导雷达的
视频信号，用户可根据需要增加信号类型，并改变脉冲分辨率，提高系统性能。
脉冲产生器和分配驱动器可用微处理器（单片机、DSP器件、计算机CPU等）控制数字逻辑电路实
现。 实现框图如图2所示：由MCU根据设置或上级的控制信号，控制脉宽形成和重频形成电路组，同时
产生多组脉宽和重频信号，在波形合成器中合成所需要的多路脉冲，经脉冲分配电路，把所需脉冲分配给
6路射频信号产生器和视频输出端。对于脉冲串信号，MCU还可根据需求，控制脉冲个数和间隔形成电路
组，并通过该电路组控制脉宽形成和重频形成电路组，产生多路脉冲串信号。所有脉冲输出前，都要经过
脉冲驱动电路以提高驱动能力和实现隔离，防止干扰。
每一路射频信号产生电路采用基于DDS的微波电路构成，组成框图如图3所示，其信号来源分为3
路：
第一路是由DDS波形生成器产生各种编码和调制信号，DDS的一个显著的特点就是在数字处理器的控图1 新体制雷达信号发生器总体方案 Fig 1 The population scheme of the new radar’s signal simulator 主控计算机 雷达信号数据库
显控 计算机 电磁环境数据库雷达数据存储器电子战情报
显示控制单元MCU控制电路 通信接口
脉冲信号 产生器 UHF 射频信号产生器L波段 射频信号产生器Ku波段 射频信号 产生器....
脉冲分配 驱动器 信号 发生器
- 4 -制下能够精确而快速地处理频率和相位。DDS允许用户对通过改写相位偏移控制字可实现相位的任意控
制，码元的产生完全由软件灵活控制，可产生包括二相编码（巴克码、伪随机码）、多相制编码（Taylor
四相码，Frank码，p1,p2,p3,p4码）等，并经倍频、滤波和放大后形成调制包络信号[4]；
第二路是由DDS频率产生器产生各种调频（普通调频、线性调频和非线性调频等）和频率捷变信号，
DDS工作模式为单音频工作模式时，通过改写频率控制字可实现跳频和频率捷变和频率调制，工作模式为
线性调频模式时，通过设定起始频率、频率部进和扫描时间，可实现线性调频；
第三路是由高精度微波压控振荡器产生频率稳定度很高的微波信号，频率精度：±2.5×10-6，经隔离图2 脉冲形成电路 Fig 2 Phuse generation circuit通讯接口 M C U 脉宽形成 电路组 波形合成 电路
脉冲重频形成电路组
脉冲个数及间隔形成电路组 脉冲分配 电路
脉冲驱动 电路 ...输出
图3 射频信号产生电路 Fig.3 Radio-frequency signal generation circuitDDS 编码及调制 波形产生器 DDS调频及频率捷变 信号产生器高精度 微波压控 振荡器
倍频、滤波 放大电路 上变频 混频器 微波 隔离器
微波调制器
微波放大器
数控衰减器脉冲形成电路 同步脉冲 控制信号 控制信号 控制信号
输 出
- 5 -器隔离输出。来自第三路微波信号和第二路的变频信号在微波上变频器混频，产生载频信号，来自第一路
的调制包络信号和脉冲产生器产生的调制脉冲对载频信号进行调制，形成雷达信号，最后经天线输出。
3 测试结果
经测试，系统性能如下：线性调频带宽≤300MHz；跳频时间<1μs；脉冲调制深度≥50dB；输出幅
度调整时间≤2μs；最大输出功率15dBm；输出功率控制步进1dB，精度±0.5dB；动态范围64dB；输出频
率精度≤6105−×± ；输出信号频谱纯度谐杂波：≤ -40dB。图4a为起始频率9 700MHz，带宽等于150MHz
线性调频频谱图，图4b为频率9 700～9 950MHz，带宽等于250MHz在跳频频谱图；图5为用示波器实测
的一组脉冲组信号。
由于模拟器的频率跳变时间和输出幅度调整时间很短，而通常脉冲雷达的占空比很小，所以该模拟器
可以在同一射频通道同时输出多部不同频率的雷达信号，也可以在同一射频通道模拟同一载频的多部雷达
信号。 a 150MHz带宽线形调频 b 250MHz带宽10点跳频
图4 X波段射频输出 Fig 4 X band radio-frequency signal a 250MHz,10 point frequcncy hopping a 150MHz linear frequency modulation
图5 雷达视频脉冲输出波形------脉冲组输出Fig.5 Video frequency radar signal wave: Output phuse group