雷達對抗仿真信號環境實現方法研究?

胡 輝 劉尚富

（1.海軍工程大學 武漢 430000）（2.海軍士官學校 蚌埠 233012）

1 引言

隨著電子戰在現代戰爭中的作用日益增強，電子戰裝備受到世界各國軍方的高度重視。雷達電子對抗裝備以電磁波的輻射和接收為基礎，廣泛采用各種先進技術，結構日益復雜。要全面試驗鑒定這些系統的技術和作戰性能，除了要在研制和生產部門進行嚴格的測試、考核外，還必須在電子靶場的盡可能近似實戰條件的環境中進行試驗和鑒定，這就不得不依賴于雷達電子對抗仿真系統。雷達信號出于反偵察、抗干擾的需要，許多雷達都可以改變信號調制波形和參數，如信號載頻、脈沖重頻、脈沖波形等。目前寬帶雷達采用了頻率捷變、寬脈沖線性調頻和相位編碼脈沖等技術，波形復雜。如何產生這些復雜的雷達信號，形成逼真的雷達對抗信號環境，是我們一個特別關心的課題。本文論述了用直接頻率合成器（FFS）、頻率綜合器（SFS）、數字調諧振蕩器（DTO）、壓控振蕩器（VCO）以及任意波形發生器（AWG）生成雷達對抗仿真試驗信號的原理和實現方法［1］。

2 由射頻源構成的信號產生系統

由射頻源構成的信號產生系統組成框圖如圖1所示。主控計算機通過人工鍵入，調用內置雷達數據庫或仿真計算機提供雷達參數的形式，形成態勢文件，選擇脈沖丟失準則，計算實際脈沖丟失概率。同時進行態勢自動分配（或人工分配），滿意后，為通道控制器提供雷達特征參數。當通道控制器收到指定的雷達參數后，按各自的時序、丟失脈沖準則和通道射頻源數目N生成一串或N串（含若干部雷達信號）數字脈沖描述字，再由這些脈沖描述字控制各自的射頻通道，每個射頻通道就會產生一串由若干部雷達信號組成的射頻脈沖流，通過各自的射頻放大器輻射到雷達偵察機天線，這樣在雷達偵察機周圍就可以形成二至四個集群目標和二至三個方位的密集背景目標信號，以檢測雷達偵察機的戰技指標［2］。

圖1 信號產生系統組成框圖

雷達對抗信號環境仿真系統的射頻源通道最為關鍵的微波器件就是射頻源，能產生微波信號的射頻源目前有4種可供選擇：直接頻率合成器（FFS），頻率綜合器（SFS），數字調諧振蕩器（DTO），壓控振蕩器（VCO）［3］。

2.1 由FFS、SFS組成的射頻通道

FFS通道模擬的主要對象是與相位有關系的相參雷達（線性、非線性調頻和脈內調相雷達、脈沖多普勒雷達、連續波雷達），也可根據需要模擬極窄脈沖寬度雷達，頻率分集、捷變、重頻抖動、天線掃描等各種需要的普通雷達。當然這些通道模擬出來的雷達脈沖信號不論是在頻域還是在時域上，都是高質量、可信的，是雷達信號環境模擬器精度的具體體現，為了充分利用FFS速度快的優點，象脈沖壓縮、脈沖多普勒和連續波雷達等占空比較大、頻率變換不大的雷達信號一般用SFS作為射頻源的通道來完成。由于SFS的調諧速度比較慢，因此，它不適合模擬多部雷達信號，但模擬單部雷達信號頻率精度高，采用這種源的原因就是為了與FFS通道互補，提高FFS通道的效率。由FFS、SFS組成的射頻通道原理相同［4］。如圖2所示。

圖2 FFS、SFS通道示意圖

對脈內頻率調制的過程就是表的調用過程：利用接收到的批號作為首地址，尾地址則根據設備要求按一定速度進行順序尋址，從而獲得所需的頻率控制碼。在此地址順序變化采用計數器，利用從FFS變頻得到的時鐘來進行計數獲得。這樣也有力地保證了信號相參。相位調制碼型主要有二相碼、四相碼、多相碼、偽隨機碼等四種。據此分析，只須將幾種碼型固化到EPROM內即可。相位碼的調用與頻率控制中的表的調用類似，只不過這里的地址則是以通道控制器送來的碼型碼作為首地址，計數器的計數值作為尾地址，時鐘也是從FFS處變頻獲得，這有力地保證了信號相參［5］。

2.2 由DTO組成的射頻通道

目前在實際雷達信號環境中，還存在著大量的非相參雷達，用DTO組成的射頻通道主要解決非相參雷達信號的模擬［5］。由DTO組成的射頻通道原理圖見圖3。

圖3 DTO通道示意圖

對DTO通道而言，預置所有脈內調制形式。簡言之，就是通過初始化過程形成脈內頻率調制波形表。具體指表方法如下：以頻率值為數據，以批號時間為地址，表內頻率值為各頻段所對應的DDS頻率值或DTO頻率變化值。其次過程就是在工作過程中，根據通道控制器送來的頻率控制信息對頻率進行控制。對脈內頻率調制的過程與FFS通道同。但對DTO，則要將主頻碼與頻率偏移值經D/A變換再求和加到DTO的控制端［6］。

考慮到DTO的置頻速度以及選擇開關的開啟速度等問題，有關控制信號必須提前發射脈沖信號給出。

2.3 由VCO組成的射頻通道

研究工作說明：當射頻通道硬件結構和軟件控制策略確定后，射頻通道所能承受的信號密度在脈沖丟失概率一定的情況下，主要取決于射頻源的響應時間和信號流的占空比，其它原因影響較小，而信號的占空比在雷達參數設定以后其值是相對固定的，除非人為改變雷達參數，否則它是無法再改善的。射頻源的響應時間利用高技術（如FFS））是可以改善的。但其價值昂貴，價格與響應時間提高的比例不是線關系，在實際設備中不能大量采用這種射頻源，因此，對模擬脈沖密度為主要功能的通道可采用數個相對價廉的VCO射頻源。其示意圖見圖4。其工作原理就是用通道控制器生成的一個時序上的脈沖描述字控制對應的射頻源，形成射頻脈沖后輸出。增加一個射頻源就相當于把一個通道的效率提高一倍。這里要考慮到通道內的其它器件存在的響應時間問題，即射頻源與其它器件要相匹配［7］。

圖4 VCO通道示意圖

3 AWG產生雷達信號

借助于軟件無線電的思想，采用通用的硬件平臺，采用更換軟件的方法能完成各種特定信號的生成，任意波形發生器（以下簡稱AWG）就是按照這種思路設計的特殊信號源［8］。

3.1 AWG的組成

AWG組成框圖如圖5所示，主要由采樣時鐘發生器、地址發生器、波形存儲矩陣、高速D/A、低通濾波組成。一般的AWG都配置了大硬盤、CPU和程控接口等，AWG等效于高速DAC加上配套的外圍器件和計算機系統。

圖5 AWG組成框圖

AWG產生信號的質量由高速D/A的采樣率、垂直分辨率、波形存儲長度、時鐘質量等因素決定，同時隨機提供的軟件及計算機系統決定了使用的方便性和設備功能，高性能的AWG離不開計算機系統和配套軟件［9］。

多數AWG具有序列地址控制功能，波形存貯器可以分段工作，因此AWG能執行序列功能。序列功能對復雜的時變多路信號、復雜調制信號的生成非常有用。

3.2 由AWG組成的信號產生系統

雷達信號出于反偵察、抗干擾的需要，許多雷達都可以改變信號調制波形和參數，如信號載頻、脈沖重頻、脈沖波形等。目前寬帶雷達采用了頻率捷變、寬脈沖線性調頻和相位編碼脈沖等技術，波形復雜。雷達電子對抗信號生成所需的AWG性能一般都比較高，最近幾年由于DAC技術和計算機技術的高速發展帶動了AWG技術的發展，能很好地滿足復雜雷達信號產生的需要。由AWG組成的雷達信號產生系統見圖 6［10］。

圖6 AWG組成的信號產生系統框圖

采用外部計算機進行數據處理，通過IEEE802.3網絡進行數據傳輸。工作時外部計算機通過IEEE488接口和RS232接口控制AWG和變頻器組，從而實現系統動態刷新工作［11］。

圖7表示三種雷達的信號形式和調制器波形。圖7（a）表示簡單載頻矩形脈沖調制信號波形，AWG采用長度為τ的正弦信號與時間為Tτ-τ的空信號（指輸出為零的信號）結合即可產生。

圖7（b）為脈沖壓縮雷達采用的線性跳頻信號，線性調頻公式為

式中：fo為起始頻率，C＝ΔB/τ，ΔB為載波頻率變化。AWG的公式編輯器可以完成線性調頻信號生成。

圖7（c）為相位編碼脈沖壓縮雷達的相位編碼信號，與圖7（b）不同，脈沖串內存在多個子脈沖（子脈寬為τ0），生成公式與上式相同，但參數C不同（C＝ΔBo/τ0，ΔBo為子脈沖頻率變化）。當采用巴克碼時，符合位發生變化時，起始相位相差180°，AWG生成該信號基本方法相同12］。

圖7 三種典型雷達信號和調制波形（τ為脈寬，Tτ為脈沖重復周期）

4 結語

用直接頻率合成器（FFS）、頻率綜合器（SFS）、數字調諧振蕩器（DTO）、壓控振蕩器（VCO）生成雷達對抗仿真試驗信號的方法和技術是比較成熟的，在已裝備某試驗基地的雷達信號環境模擬器中就應用了這種技術，而采用AWG產生特殊信號，在技術上是一個新的領域，需要較多的相關知識，才能很好地完成復雜信號的生成輸出。AWG采用通用的硬件平臺和軟件平臺，結合了軟件無線電的有關原理，波形數據文件的產生主要依賴于軟件。因此該方法既滿足的特定信號生成的要求，又可根據使用要求的變化，擴展應用范圍，滿足多種使用要求。