基于BF533和FPGA的雷达信号模拟器设计实现

归零(RZ)模式和混频模式。这3种模式下的保持采样脉冲频谱图，如图4所示。

图4所示，对于普通模式而言，其保持采样脉冲的频谱图为sinc函数，且在Fs处衰减至最低，在与数字样本频谱相乘的过程中，可提取出信号的基频分量，而镜频分量则被有效抑制。但为得到中频频率分量，若使用普通模式，就需要再经过一个乘法器进行混频，进而得到所需的中频信号的分量。对于归零模式而言，其频谱在第1、2、3奈奎斯特区域均相对较为平滑，且在2Fs处衰减至最低，虽频谱相对较为平滑，但其整体而言增益较低，难以有效提取出所需的中频频率分量。而对于混频模式而言，从频谱图可看出，在奈奎斯特2区增益较大，且在0.75Fs处增益达到最大，从而可有效地抑制基频分量而增加镜频分量，并可直接提取出所需的中频频率分量，这相对于普通模式，便可省去混频的环节。由于本模拟器输出的是中频信号，其中心频率为960 MHz，因此文中选用混频模式。

3 模拟器雷达信号类型

从雷达辐射信号波形来看，各种技术体制的雷达选用的信号形式主要包括脉冲调幅信号、线性调频脉冲信号、相位编码脉冲信号等。在雷达信号环境仿真中，需建立雷达信号环境的仿真模型，其中包括雷达脉冲信号模型、天线扫描模型、多信号脉冲排序模型等。本模拟器系统可提供载波频率(RF)模型、脉冲重复间隔(PRI)模型和脉冲幅度(PA)模型。而对于所有的模型均可通过DSP软件计算实现。

3.1 RF模型

(1)固定载频雷达。对于该雷达，雷达发射脉冲序列的载频保持不变，RF模型为

RFi=RF，i=1，2，3… (1)

式中，RF为雷达脉冲载频的中心频率，其为一非时变的确定性常数。

(2)频率捷变雷达。对于该雷达，有两种捷变模式，即脉间捷变频和脉组捷变频模式。脉间捷变频模式采用捷变技术，使雷达每个脉冲的载频在一个较宽的频段上作随机的快速跃变。若频率捷变范围为△RF，则脉间捷变频雷达的RF模型为

其中，rand(i)是[0，M-1]之间的均匀分布整型伪随机数;M是捷变频点数。

脉组捷变频模式是指雷达脉冲的载频随机捷变是成组变化的。组内脉冲的载频相同，组间脉冲载频不同，且随机捷变。若频率捷变范围为△RF，则脉组捷变频雷达的RF模型为

其中，rand(i)是[0，M-1]之间的均匀分布整型伪随机数;M是捷变频点数;K是分组脉冲数;int(k)是取整函数。

(3)频率分集雷达。对于该雷达，其同时发射一组具有相同脉宽和重频的发射脉冲，这些脉冲的载频各不相同，设频率分集数为M，频率分集的频率集为

，则RF模型为

3.2 PRI模型

(1)重频固定雷达。对于重频固定雷达，雷达脉冲的脉冲重复间隔(PRI)保持不变，PRI模型为

PRIi=PRI，i=1，2，3… (5)

其中，PRI为一非时变的确定性常数。

(2)重频抖动雷达。对于该雷达，其PRI值一般是在一定范围内随机变化的。这种变化是随机的，但也可按一定舰律变化。其PRI模型为

PRIi=PRI0+δT，i=1，2，3… (6)

其中，PRI0为雷达信号PRI的中心值或平均值，δT是抖动量，其是在范围[-△PRI，+△PRI]内均匀分布的随机序列。△PRI与PRI的比值称为最大抖动量

式中，γ用以表现抖动的相对大小，其典型值为±1%～±10%。

(3)重频参差雷达。对于该雷达，重频参差雷达是一种具有多个重复频率的雷达。其参差方式一般有2参差、3参差等，最多则可能有16参差。但最常用2参差和3参差。对于具有M个PRI的雷达，PRI模型为

PRIi=PRIk，k=mod(i，M)，i=1，2，3… (8)

其中，M为参差周期数，每经过M个脉冲，各参差PRI值循环变化一次。参差PRI脉冲列的总重复周期等于所有参差周期之和。

3.3 PA模型

由于仿真的信号环境与侦察系统内部无关，脉冲幅度可用到达侦察系统处的辐射源功率密度表示，这里取功率密度的对数作为脉冲幅度。设雷达信号功率为Pt，天线增益为Gt，侦察机与雷达之间的距离为R，电波大气传播损耗为L，则脉冲功率可表示为

式中，F(θ)为归一化的天线方向图函数。对处于跟踪状态下的雷达，F(θ)=1;而对处于搜索状态下的雷达，F(θ)受雷达波束形状和扫描方式的影响。在具体计算时，使用的脉冲幅度与上式的脉冲功率还需进行转换，将其转换成电压值使用。

4 模拟器的软件实现

在雷达模拟器的设计中，软件设计工作包括通过串行SPI接口编程配置时钟和D/A芯片;DSP通过总线与USB和FPGA进行通信;DSP内部进行数据处理;FPGA利用Verilog硬件描述语言，完成DDS的逻辑译码等工作。

DSP程序主要通过ADI公司提供的开发软件VisualDSP++进行编程，生成可烧写到Flash中的ldr文件。FPGA的编程用Xilinx公司的软件开发包ISE，实现信号