淺談某型二次雷達綜合檢查儀的設計研究

許海

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

某型二次雷達綜合檢查儀主要模擬某詢問應答設備目標回波，用于詢問應答設備在實驗室的整機聯試、軟件更改調試驗證和拷機，也用于詢問應答設備裝機后的原位測試。

1 總體設計

系統開機上電后，根據各個自檢信號的狀態自動對系統進行自檢，自檢通過后，針對詢問應答設備聯試、算法調試和功能、性能測試的需要，就可以在顯控界面對系統功能和參數進行設置，并將設置好的指令下發到系統，控制系統開始工作。

在外部線饋工作方式下，模擬器接收應答設備的激勵信號，經過處理后，通過發射天線輻射出去，供設備接收進行算法調試或性能測試。接收機利用基于實時數字處理的超寬帶數字接收技術，通過超高速采樣技術實現對信號的超高速采樣，完成信號的快速實時測量，獲得信號頻率、脈寬、周期等信息，形成脈沖描述字，并根據參數測量結果對信號進行分選，并將最終分選結果和脈沖描述字上傳至主控計算機。

主控計算機可根據收到的設備信息，根據功率、持續脈沖個數以及數據庫里的原有詢問應答設備參數比對等方式，根據預先設定的策略，程控或人工干預調整干擾方式、干擾頻率等參數，控制信號處理分系統施放干擾；也可以根據預先設定的方式控制干擾分系統施放干擾。輸出模塊（信號調理及功放）主要根據實際需求對輸出功率進行調整，使設備以合適的輸出功率通過射頻電纜接至發射天線輻射出去。頻綜主要為系統內部提供時鐘信號。

2 硬件設計

微波前端由下變頻模塊、上變頻模塊、頻綜模塊和微波電源組成。微波分系統主要功能是實現射頻信號的接收和發射及提供時鐘和同步信號，具體為：下變頻模塊完成對X ～XXGHz 射頻接收信號的下變頻處理，得到數字儲頻板可以工作的中頻信號。上變頻模塊對數字儲頻板產生的中頻信號進行上變頻處理至X ～XXGHz 的射頻頻率。采用與下變頻相同的本振完成對基帶信號的上變頻處理，實現與接收信號的相參。

前端處理模塊完成對X ～XXGHz 射頻接收信號的預處理，送給寬帶接收機進行頻率測量。頻綜模塊給下變頻模塊和上變頻模塊提供頻率源，并為數字板上的ADC提供所需的時鐘源。實現整機的收發隔離控制，使整機正常工作。微波分系統安裝于主機箱內部，其基本原理框圖如圖1。

圖1 微波分系統原理圖

（1）下變頻模塊。下變頻模塊主要由限幅器、開關、濾波器、混頻器和放大器等組成，其功能是接收天線陣送來的射頻信號，并對射頻信號進行濾波、放大，一路送給接收機模塊進行頻率測量，一路與本振信號進行混頻，下變頻到中頻，然后送數字儲頻板進行處理。

原理框圖如圖2 所示。

圖2 接收下變頻模塊原理框圖

接收前端為避免功率反射或接收信號過大而損傷后級電路，首先應進行限幅處理，然后放置手動衰減器用于調節輸入信號幅度。為提高接收靈敏度，需要盡量降低系統噪聲系數，故選擇在輸入端濾波器之前先進行1級LNA 放大，增益在15 ～20dB，在不影響接收動態的前提下，可大大改善系統的噪聲系數指標。然后，經過開關濾波器組進行分段選擇濾波。雜散的有效控制取決于過渡中頻的帶通濾波器，此濾波器應選擇矩形系數高、帶外抑制較高的腔體濾波器，雜散可以保證在-40dB。

為保持射頻端的監測信號的有效性（幅度太小不易監測），耦合信號的耦合器（或功分器）放置在第一級LNA 之后進行。系統要求射頻輸入端應有射頻自檢通道，若使用單刀雙擲開關進行切換會引入2 ～3dB 的插入損耗，直接惡化系統噪聲系數，故本案采用耦合器引入自檢信號，可大大降低插入損耗，改善系統指標，且不影響自檢功能。為滿足通道可關斷，設計為70dBc 的關斷比，考慮到中頻飽和輸出時的飽和量會降低通道關斷隔離度，方案采用3 級高隔離的SPST 實現，分別放置在中頻端、過渡中頻和射頻端，SPST 用采用高速微波開關以實現脈沖通過性；在中頻輸入端預留數控衰減用于校正通帶平坦度，以保證良好的通帶特性。接收信號經過限幅器和放大器后，進行帶通濾波，之后通過數控衰減器來增加接收射頻信號的動態范圍，這里選用50dB 以上的數控衰減器，對輸入信號功率進行調整，實現50dB以上的手動動態。之后經過兩次混頻將接收到的射頻信號變頻至中頻，經過飽和放大和帶通濾波，得到所需的中頻信號。

（2）上變頻模塊。上變頻模塊主要由功分、開關、濾波器、混頻器和放大器等組成。其功能是接收數字模塊的中頻信號，并對中頻信號進行濾波、放大，與本振信號進行混頻，上變頻到射頻，放大后并根據需要通過數控衰減器對輸出的射頻信號的功率進行控制輸出。上變頻通路的通道關斷實現是在發中頻、射頻支路串接單刀單擲開關，提供高隔離度，設計隔離度為70dBc，開關響應時間優于100ns，SPST 用采用高速微波開關以實現脈沖通過性；在中頻輸入端預留數控衰減用于校正通帶平坦度，以保證良好的通帶特性。數控衰減器和通道開關通過數字分系統進行控制。輸出放大衰減模塊起到將射頻信號放大到所需要的功率范圍，同時可實現功率大小的動態調整，衰減模塊選用60dB 的程控衰減器，滿足輸出功率在0 ～60dB 范圍內連續可調，輸出功放模塊將目標射頻信號放大到20dBm 以上輸出。上變頻模塊包含一路目標回波上變頻或者是一路干擾信號上變頻，共一個通道，其中每個目標通道2 批獨立目標。

原理框圖如圖3。

圖3 接收下變頻模塊原理框圖

（3）頻率綜合模塊。頻率綜合模塊可使用內部恒溫晶振，也可使用外部提供的參考信號，輸出使用的時鐘信號。頻率綜合模塊產生上、下變頻模塊及數字儲頻板所需的本振和時鐘等各種射頻信號。

（4）控制模塊。控制模塊可從上位機接收有關指令參數，對變頻組件、頻綜的工作過程、輸出功率等進行控制。本系統的信號處理控制模塊是采用FPGA 內部邏輯實現，其實現原理如圖4。

圖4 控制模塊原理框圖

（5）總線控制模塊。總線控制模塊按照工作時序劃分具有三種工作模式：常規、時分、流水。干擾通道和目標通道同一時間只工作在同一種工作模式。以當前顯示的場景中的工作模式為準。例如，當前在目標場景下點擊開始，則使用目標場景中的工作模式。如果當前場景既不是“目標”，也不是“干擾”，而是“波形”或“查看”，則工作模式保持之前的工作模式。

以下為了便于描述，將目標模擬和干擾模擬統一稱為信號模擬。

①常規模式。常規模式下，收發可同時工作，信號模擬的周期和脈寬與雷達信號一致。工作的采樣觸發信號來自于對雷達信號的檢波。

時序圖如圖5。

圖5 常規模式工作時序圖

收發可同時長開。采樣波門來自包絡檢波，設備整個工作時序以此為節拍。模擬的距離超過脈沖周期時，將跨PRF 工作，產生距離模糊的回波信號。

②時分模式。時分模式下，收發不同時工作，信號采集、信號模擬的周期和脈寬并不一定與雷達信號周期脈寬一致，而是與信號模擬的距離、雷達脈沖寬度有關。工作的采樣觸發信號仍然來自對雷達信號的檢波，但是會發生采樣不完整情況。收發關系以發射優先，發射完成再接收。設備開始工作時，接收打開，由于模擬距離遠，可完整接收完第一個脈沖，之后接收關閉，發射打開。直到信號模擬完成（回波信號發射完成），才再次打開接收。發射過程中如果有雷達脈沖到來，則會丟失。因此，也不會產生距離模擬回波信號。

③流水模式。流水模式下，收發同時工作，工作的采樣觸發信號由模擬器設備內部產生，與雷達信號檢波無關。信號模擬的周期和脈寬也與雷達信號周期脈寬沒有關系，而是按照長時間一邊采樣一邊模擬的、接近連續的方式工作。收發長開，采樣和回波模擬接近長開，因此采集到噪聲則回波是噪聲，采集到雷達信號則回波是信號回波。

3 軟件部分

系統軟件分為上位機應用軟件和嵌入式控制軟件2 個部分，分別安裝部署在主控計算機上和控制器中，所有軟件的處理結果以文件形式保存,供調用、查看如圖6 所示。

圖6 軟件模塊組成

（1）嵌入式軟件。嵌入式軟件主要包括目標調制軟件模塊和干擾調制軟件模塊。目標調制軟件根據控制指令和上位機參數仿真計算的結果，與接收的雷達信號進行調制，形成各種目標、干擾信號類型，并生成信號。干擾調制軟件根據控制指令和上位機參數仿真計算的結果，形成各種壓制干擾信號類型，并生成信號。

（2）上位機軟件。上位機軟件包括目標模擬軟件、壓制干擾模擬軟件、整機顯控軟件。

①目標模擬軟件。目標模擬軟件模塊完成系統所要產生目標的電磁散射特性以及目標運動特性仿真模擬。包括目標與雷達之間的位置、距離等變化所引起的電磁散射變化和因為相對運動引起的多普勒及距離變化等參數的調制模型，形成數據文件，通過加載方式可以直接下載到硬件的大容量存儲器中，實現對設備數據的更新。

②壓制干擾模擬軟件。壓制干擾模擬軟件模塊根據雷達的工作頻率及信號帶寬，對噪聲的形式（白噪聲、掃頻噪聲、梳狀譜噪聲）和產生方式進行仿真，得到噪聲調制參數及調制時序，并對不同形式的噪聲干擾狀態及干擾結果進行仿真，對噪聲參數進行調整優化，并根※據設備所需要的格式要求，形成數據文件，通過加載方式可以直接下載到硬件的大容量存儲器中，實現對設備數據的更新。

4 結語

該綜合檢查儀研制過程中，最大限度地繼承現有成熟技術，對系統內所有設備、單元、零部件、原材料、電子元器件進行優化設計，并在選用上進行監督、控制，從而使得該型檢查儀符合現場使用要求。