脈沖雷達(dá)目標(biāo)模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

石一鳴

1 引言

脈沖雷達(dá)跟蹤方式可分為目標(biāo)跟蹤和模擬器跟蹤兩種。其中，目標(biāo)模擬器可為雷達(dá)系統(tǒng)整架聯(lián)調(diào)提供有效的調(diào)試平臺(tái)，來檢查雷達(dá)搜索、截獲、跟蹤過程，檢查雷達(dá)在不同信號(hào)的強(qiáng)度下，雷達(dá)檢測(cè)概率；檢查雷達(dá)控制計(jì)算機(jī)、各分機(jī)軟件功能的完善性；將任務(wù)的理論彈道輸入目標(biāo)模擬器，仿真任務(wù)執(zhí)行的真實(shí)環(huán)境，實(shí)時(shí)仿真任務(wù)執(zhí)行全過程，為雷達(dá)執(zhí)行任務(wù)方案的制定提供依據(jù)，同時(shí)它也是訓(xùn)練操作人員的一個(gè)有效工具［1～2］。

2 工作原理

2.1 角度模擬

根據(jù)和差法測(cè)角原理，為了實(shí)現(xiàn)角跟蹤，模擬器必須能對(duì)天線所形成的和差波瓣特性進(jìn)行仿真，才能為雷達(dá)系統(tǒng)提供滿足角跟蹤性能指標(biāo)要求的角誤差信號(hào)［3］。因此，方位、俯仰角度模擬即是根據(jù)目標(biāo)偏離波束中心的角度，依據(jù)天線和差波瓣特性數(shù)據(jù)，求出差信號(hào)的幅度、極性控制參數(shù)。

2.2 距離模擬

目標(biāo)的距離模擬采用脈沖計(jì)數(shù)法。計(jì)數(shù)器裝訂模擬目標(biāo)的距離碼，在雷達(dá)主脈沖觸發(fā)到來時(shí)以相參基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖相對(duì)于雷達(dá)主脈沖的時(shí)延τ，即表征模擬目標(biāo)的距離［4～5］。

當(dāng)模擬距離超出一個(gè)主脈沖周期所對(duì)應(yīng)的距離時(shí)，目標(biāo)的無模糊距離為

式中：N為目標(biāo)距離模糊度；r為一個(gè)主脈沖周期所對(duì)應(yīng)的距離；Rm為跟蹤回路的模糊距離。

顯然，用一個(gè)對(duì)應(yīng)延時(shí)距離r的計(jì)數(shù)器無法實(shí)現(xiàn)無模糊距離延時(shí)。設(shè)計(jì)N+1個(gè)、對(duì)應(yīng)延時(shí)距離(N +1)×r的多個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，循環(huán)使用這些計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)無模糊距離模擬。

2.3 信號(hào)強(qiáng)度模擬

由雷達(dá)方程可知，反射式雷達(dá)距離方程得到飛行目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度［6］表達(dá)式為

式中：S N為載頻單個(gè)脈沖信噪比（dB）；Pτ為發(fā)射機(jī)峰值功率（dBw）；Gτ為雷達(dá)天線增益（dB）；λ為載波波長(zhǎng)（dBcm）；δ為飛行目標(biāo)有效反射截面積（dBm2）；R為給定信噪比下的雷達(dá)作用距離（dBKm）；B為接收機(jī)帶寬（dBHz）；NF0為接收機(jī)等效噪聲系數(shù)（dB）；L為等效損耗因子（dB）；C1為量綱因子常數(shù)（dB）。

將參數(shù)代入，上式可簡(jiǎn)化為

其中 A1為量綱因子常數(shù)，一般為90dB～120dB，可見，將理論航道值R代入，便可計(jì)算出目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

模擬器由航路數(shù)據(jù)產(chǎn)生與系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)、距離延遲器、高頻信號(hào)源、高頻和差網(wǎng)絡(luò)形成器等幾個(gè)部分組成［7～8］，其組成如圖1所示。

圖1 目標(biāo)模擬器框圖

在高頻模擬時(shí)：仿真計(jì)算機(jī)根據(jù)裝訂的航路參數(shù)以中斷工作方式不斷計(jì)算典型航路的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。其中角度計(jì)算值A(chǔ)j、Ej與雷達(dá)伺服碼盤送來的角度值A(chǔ)r、Er執(zhí)行比較操作后，其差值送高頻和差網(wǎng)絡(luò)作為方位差、俯仰差支路的調(diào)制信號(hào)；同時(shí)距離計(jì)算值Rj經(jīng)距離延時(shí)器成為觸發(fā)高頻信號(hào)源的距離延時(shí)脈沖；送和差信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的脈沖高頻信號(hào)經(jīng)S N信號(hào)幅度調(diào)制，通過和差信號(hào)網(wǎng)絡(luò)輸出與航路相關(guān)的和、方位差、俯仰差信號(hào)；三路信號(hào)分別經(jīng)定向耦合器輸入到雷達(dá)接收機(jī)［9］。

中頻模擬工作原理［10］與高頻模擬類同，不同之處在于模擬的和、方位差、俯仰差三路中頻信號(hào)疊加了中頻噪聲。中頻模擬器用于在設(shè)備未展開狀態(tài)下對(duì)接收通道及信號(hào)處理、測(cè)距等分系統(tǒng)的狀態(tài)檢驗(yàn)。中頻模擬器主要用于檢驗(yàn)測(cè)距分系統(tǒng)的目標(biāo)捕獲性能，包括目標(biāo)速度、加速度以及目標(biāo)幅度變化的適應(yīng)范圍，也可用于各種情況下目標(biāo)捕獲的訓(xùn)練。

4 目標(biāo)模擬

模擬目標(biāo)特性可以有定點(diǎn)目標(biāo)、典型航路目標(biāo)和任務(wù)理論彈道等幾種。

對(duì)于定點(diǎn)目標(biāo)，一般用于檢驗(yàn)雷達(dá)和差通道幅度和相位的一致性，觀察給出的差信號(hào)定向靈敏度即可；

對(duì)于典型航路參數(shù)目標(biāo)，可用于檢驗(yàn)雷達(dá)伺服分系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并可定量檢驗(yàn)角速度、角加速度性能等指標(biāo)；

模擬理論彈道目標(biāo)的主要目的是使操作員在任務(wù)前熟悉任務(wù)流程以及任務(wù)過程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，作操作員培訓(xùn)用。也可以獲得理論狀態(tài)下的雷達(dá)跟蹤數(shù)據(jù)，與實(shí)際跟蹤過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以便及時(shí)分析實(shí)際跟蹤情況。

根據(jù)相關(guān)的軌道參數(shù)，模擬和、方位差、俯仰差三路信號(hào)，通過高頻、中頻饋電網(wǎng)絡(luò)饋入雷達(dá)接收通道，供雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試、功能檢查、故障排除和訓(xùn)練雷達(dá)操作手使用［11～12］。軌道特性如下：

模擬等高等速直線飛行航路目標(biāo)，飛行高度、航跡、速度可設(shè)置；

模擬距離、方位、俯仰中任意一維等速及等加速飛行，目標(biāo)航跡初值、速度、加速度可設(shè)置；

模擬A、E、R固定值，參數(shù)可設(shè)置；

模擬給定彈道。

圖2 設(shè)置模擬目標(biāo)類型

5 結(jié)語(yǔ)

雷達(dá)目標(biāo)模擬器是現(xiàn)代測(cè)量雷達(dá)的一個(gè)輔助設(shè)備，模擬器產(chǎn)生的和、方位、俯仰三路射頻擬信號(hào)，由接收機(jī)高頻、中頻饋電網(wǎng)絡(luò)饋入雷達(dá)系統(tǒng)中模擬雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的狀態(tài)。為設(shè)備狀態(tài)檢驗(yàn)、操作手培訓(xùn)以及理論彈道模擬（雖然在模擬器工作方式下可進(jìn)行跟蹤精度統(tǒng)計(jì)，但是該方式不能取代飛機(jī)校飛）提供有效平臺(tái)。

［1］杰里.L.伊伏斯，愛德華.k.里迪，卓榮邦，楊士毅，張金全等譯.現(xiàn)代雷達(dá)原理［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1991：62-98.

［2］R.L.米切爾.雷達(dá)系統(tǒng)模擬［M］.北京：科學(xué)出版社，1982：102-315.

［3］肖永江，張冠宇，文如泉.一種雷達(dá)目標(biāo)模擬器的DSP軟件設(shè)計(jì)［J］.艦船電子工程，2011，31（4）：117-121.

［4］王祎.基于DSP的空間目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)回波模擬器的軟件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證［D］.北京：北京理工大學(xué)，2016：20-41.

［5］王碩.基于FPGA的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.秦皇島：燕山大學(xué)，2015：8-10.

［6］簡(jiǎn)力，朱瑩.一種通用雷達(dá)模擬源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］.航天控制，2015，33（3）：74-78.

［7］姚蕊蕊，張興敢，魏耀.基于PCI總線的雷達(dá)信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2011，34（10）：64-67.

［8］劉越，卞小林，薛文虎.基于ARM和CPLD的雷達(dá)信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)［J］. 艦船電子工程，2011，31（5）：112-115.

［9］邱麗波，高廣峰，陳建勇，等.某模擬器的虛擬信號(hào)產(chǎn)生方法研究［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（7）：164-166.

［10］白森，史玉琴，王鵬.多波形雷達(dá)回波中頻模擬器設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（13）：8-14.

［11］吳桂生，夏棟，察豪.雷達(dá)模擬器通用顯控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，2011，31（3）：62-65.

［12］袁冬根，蔡磊.影響射頻目標(biāo)模擬系統(tǒng)的誤差分析［J］.電光與控制，2008，15（11）：32-35.