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本文介紹了一種模目信號(hào)設(shè)計(jì)方法，利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序及控制，DSP實(shí)時(shí)計(jì)算所需要的回波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)目標(biāo)回波的模擬，這樣可以在沒有陣面數(shù)據(jù)的情況下，使信號(hào)處理分系統(tǒng)調(diào)試能夠正常進(jìn)行，從而不影響科研進(jìn)度，做到有問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)原理
??? 由于要調(diào)試的是PD體制雷達(dá)，所以要模擬的信號(hào)是帶有多普勒頻移的雷達(dá)目標(biāo)回波。這里雷達(dá)發(fā)射波形為線性調(diào)頻信號(hào)，其時(shí)域表達(dá)式為：
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??? 式中： A為振幅；τ為脈寬；；μ為調(diào)頻斜率；fo為載頻；φo為初相。那么當(dāng)雷達(dá)對(duì)空照射時(shí)，如果遇到目標(biāo)，就會(huì)產(chǎn)生回波，回波是受目標(biāo)調(diào)制了的發(fā)射信號(hào)，所以通過(guò)和發(fā)射信號(hào)相比較，就可獲得目標(biāo)的相關(guān)信息，在此僅考慮目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)勻速?gòu)较蝻w行的情況。當(dāng)回波被雷達(dá)接收后，經(jīng)過(guò)解調(diào)，得到的將是帶有多普勒頻移的線性調(diào)頻信號(hào)，由于已假設(shè)目標(biāo)沿徑向勻速飛行，所以回波信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)來(lái)說(shuō)，在相位上僅時(shí)間的一次項(xiàng)改變，即發(fā)生了多普勒頻移?；夭ǖ臅r(shí)延反映目標(biāo)的遠(yuǎn)近，幅度反映目標(biāo)的散射截面積。
??? 通過(guò)以上分析可知，要產(chǎn)生模目信號(hào)，可以通過(guò)改變發(fā)射信號(hào)(未調(diào)制至載波)的頻率中心、時(shí)延和幅度這三個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)這三個(gè)變量的控制，就可模擬出目標(biāo)的徑向速度、徑向距離以及雷達(dá)散射截面積。

2 系統(tǒng)方案
??? 由于模目信號(hào)可以通過(guò)改變發(fā)射信號(hào)得到，又發(fā)射信號(hào)的波形已知，所以可以通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)變換，來(lái)模擬所期望的回波。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下：為了解距離和速度二維模糊，雷達(dá)設(shè)置了N種重頻，每種重頻的脈寬不同，在系統(tǒng)帶寬(其決定雷達(dá)的距離分辨率)一定的情況下，每種重頻發(fā)射信號(hào)的點(diǎn)數(shù)為：脈沖時(shí)寬×系統(tǒng)帶寬，此點(diǎn)數(shù)也就是目標(biāo)回波的點(diǎn)數(shù)，這樣就可以預(yù)先把發(fā)射波形存于DSP內(nèi)存，然后根據(jù)系統(tǒng)控制字，取出需要的波形，再在DSP中實(shí)時(shí)計(jì)算出所需要的模目信號(hào)。模目信號(hào)需要系統(tǒng)時(shí)序來(lái)同步，系統(tǒng)時(shí)序如圖1所示。

??? 圖1中BW為雷達(dá)波位脈沖，CPI為相干脈沖導(dǎo)前，F(xiàn)R為單個(gè)脈沖信號(hào)。系統(tǒng)會(huì)在每個(gè)CPI到來(lái)時(shí)打入系統(tǒng)控制字，告訴信號(hào)處理分系統(tǒng)陣面ID、工作模式、CPI代碼等信息，信號(hào)處理分系統(tǒng)會(huì)根據(jù)收到的控制字來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的工作，模目距離和模目多普勒也會(huì)在系統(tǒng)控制字中給出，這樣就可在系統(tǒng)時(shí)序同步下，根據(jù)所收到的控制字產(chǎn)生模目信號(hào)。

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模目信號(hào)屬于系統(tǒng)內(nèi)部的測(cè)試信號(hào)，所以不需要單獨(dú)的插件產(chǎn)生，可以考慮做在信號(hào)處理流程比較靠前的插件上，比如DBF插件或者脈壓插件。由于本系統(tǒng)脈壓插件資源有剩余，且對(duì)于產(chǎn)生模目信號(hào)足夠，所以將模目產(chǎn)生模塊放在脈壓插件上，用到的器件是一片F(xiàn)PGA和一片DS-P，其中FPGA的作用是接收光纖送來(lái)的控制字，對(duì)DSP發(fā)起中斷并緩存DSP產(chǎn)生的模擬回波，然后在系統(tǒng)時(shí)序的同步下將模擬回波送后續(xù)處理；DSP的作用是根據(jù)系統(tǒng)控制字信息，在一個(gè)FR時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生所需要的多波束目標(biāo)回波，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

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??? 系統(tǒng)工作流程為：DBF分機(jī)提供系統(tǒng)控制字、時(shí)序和外時(shí)鐘，其中系統(tǒng)控制字通過(guò)光纖送出，每個(gè)CPI送一次，時(shí)序和外時(shí)鐘通過(guò)射頻電纜送出。當(dāng)FPGA收到控制字后，將其緩存于雙口RAM，等到第二個(gè)FR，給DSP發(fā)起中斷，通知DSP取走控制字。DSP從控制字中提取CPI代碼、FR代碼、模目距離和模目多普勒等信息。通過(guò)CPI代碼可以知道雷達(dá)當(dāng)前發(fā)射的是哪種波形，即哪種線形調(diào)頻信號(hào)，通過(guò)FR代碼可以知道當(dāng)前脈沖是該相干處理脈沖組中第幾個(gè)脈沖，通過(guò)模目距離和模目多普勒可以知道系統(tǒng)要求模擬目標(biāo)所處的距離和相對(duì)徑向速度。由于系統(tǒng)控制字已在第二個(gè)FR得到，所以在接下來(lái)的FR中，DSP只需讀進(jìn)FR序列號(hào)，就不需要再讀控制字。讀FR序列號(hào)的目的是為了計(jì)算模目由于存在徑向速度而產(chǎn)生的相位，即φd=fd(n-1)Tr，其中：n即為FR序列號(hào)；Tr為脈沖重復(fù)周期，一旦獲得這些信息，就可以計(jì)算模目。在計(jì)算模目的過(guò)程中，采用了乒乓存儲(chǔ)方式，即當(dāng)前FR產(chǎn)生下一FR的數(shù)據(jù)，并存于FPGA的雙口RAM中，等下一FR到來(lái)時(shí)，延遲到系統(tǒng)控制字所給的模目距離單元所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，讀出模目數(shù)據(jù)即可。為了使目標(biāo)回波與實(shí)際情況一致，要求模目信號(hào)在距離和多普勒上都要模糊，由于系統(tǒng)控制字送來(lái)的參數(shù)是非模糊的，那么轉(zhuǎn)換方法為：模糊距離=真實(shí)距離mod本相干處理脈沖組對(duì)應(yīng)的距離，模糊多普勒一真實(shí)多普勒mod本相干處理脈沖組對(duì)應(yīng)的重頻，其中mod為求模，這一過(guò)程在DSP中完成。