通用雷达信号场景系统的研制

摘要 为满足多种型号雷达系统测试的要求，场景系统必须能产生多体制、高质量的雷达信号。提出一种通用雷达信号场景系统方案，以AWG7082C任意波形发生器、E8267D矢量信号源及N9030A矢量信号分析仪组成的具有校准功能的宽带信号调制系统，使用安捷伦Pulse Build ing软件编辑生成一系列常见的雷达信号。实验证明，该系统可生成多种体制高质量的雷达信号，特别是系统经校准后大幅抑制了镜频的影响，满足大多数雷达系统测试需要。

随着雷达系统复杂性的不断提高，日臻成熟的复杂调制技术也大量应用于雷达系统中。对雷达测试所使用激励设备的信号质量提出更高的要求，给现有测试仪器带来挑战。传统雷达信号场景系统只结合某一种基带信号发生器和射频微波调制器实现，适用于特定型号雷达系统测试，难以产生多种雷达或调频、编码等特殊体制波形的信号，无法与其它系统测试共享设备。为解决传统测试的弊端，提出了一套高性能、高性价比、高可重复性的通用雷达信号场景系统方案。

1 雷达场景信号特点

雷达系统使用的载频范围几乎覆盖了全部可用频段，从2 MHz载频的地波超视距雷达，到高分辨率雷达使用的毫米波，一些激光雷达的载波甚至近百GHz。但多数雷达系统在20 GHz以下频率运行。根据信号特征，雷达主要分脉冲雷达与连续波雷达两大类，而脉冲雷达是目前使用最广的一种。

1.1 脉冲压缩技术

根据基本雷达方程，距离会随着发射功率提高而最大化，空间分辨率则会随着发射信号脉宽变窄而提高。采用脉冲压缩技术的雷达之所以可以提高威力距离，是由于其发送较长的脉冲使得峰值功率一定时的平均功率会提高，同时在接收回波的处理中使用匹配滤波器进行处理“压缩”脉冲，会大幅提高雷达的空间分辨率。由于兼顾了作用距离和分辨率的两方面要求，脉冲压缩技术被广泛应用于当今脉冲式雷达系统中。

1.2 实现脉冲压缩方法

脉冲压缩要求对雷达脉冲进行内部调制脉冲压缩方法主要有：线性调频(LFM)和相位调制。

该技术采用线性快速扫描(LFM)或非线性快速扫描(NLFM)方法。由于线性调频信号的产生和处理均较容易，其压缩脉冲的形状和信噪比对多普勒频移不敏感，且技术成熟，因此雷达系统中多采用线性调频信号作脉压信号。而非线性调频(NLFM)在带宽方面具有某些优势，因此也可以改善接收机灵敏度、提高接收机上的信噪比。

相位编码又称“相位调制”，每个脉冲有一串较短的脉冲组成，其中载波相位有某个自动相关度低的二进制序列控制。平均功率由序列的总时长决定，而空间分辨率则由每个符号时长决定。在二进制相位编码中，载波的相位在0°～180°之间变化，在对准不完美时，自动相关度会比较低。如Barker码是一种应用较广泛的相位编码方法。

无论发射信号的脉冲相位特点如何，接收的回波信号是由多个相位叠加信号组成。这是由于将有多个任意延迟的目标回波，来自相同目标由于多路径引起达到时间不同而产生多个回波，目标相对速度引起的多普勒效应频移、发射机本身产生各类噪声杂波，目标的RCS也会引起回波的幅度和相位的瞬时变化，因此回波信号复杂程度远大于发射信号的情况，而雷达信号场景系统就是要尽可能还原或模拟这些复杂信号环境。

2 雷达场景信号系统的工作原理

2.1 雷达场景信号生产方法的讨论

基本可以通过使用现有的常用激励设备，有3种不同的方法可以生成雷达信号：

(1)内部宽带调制。仅需一台可直接输出已调载波的雷达射频微波信号的高性能激励设备。除某些滤波器或放大器外，不要求其他信号处理模块。系统组成最简单，但现有激励设备难以实现。泰克AWG70000系列任意波形发生器可实现直接输出雷达射频微波信号，但价格昂贵。

(2)内部窄带调制。采用一台可产生相对较低载频的已调制信号的高性能激励设备。在半实物仿真环节，中频可以直接应用到接收机或发射机的某个信号处理模块上。在其他情况下，必须使用上变频器模块到达最后载频。可采用安捷伦E8267D矢量信号发生器实现，但输出信号的调制带宽都会受到调制器或上变频器的限制。虽然此种方式价格适中，但无法满足目前雷达系统测试的需求。

(3)外部宽带调制。激励设备生成基带信号经过外部调制后射频输出。简单信号通过控制某个载波的包络来生成脉冲，单通道激励设备输出信号被应用到AM调制器上。对要求复杂数字调制或快速扫频的信号，必须控制瞬时载波的幅度和相位。在这种情况下，最灵活、实现最简便的解决方案是正交调制器。其要求两路I、Q基带信号。这两个基带信号通过一台拥有两条通道的激励设备或经同步