??雷達是電子裝備的重要門類，從問世至今70余年，以其在信息獲取、信號處理、測量*估等方面的獨特優勢，在二戰及戰后的各次重大局部戰爭及國民經濟中發揮著重要作用，雷達技術在某種程度上已成為電子科技水平的重要標志。 ??隨著雷達測試的要求，雷達信號的模擬仿真技術也應運而生。雷達目標信號模擬是模擬仿真技術與雷達技術相結合的產物，通過模擬仿真方法產生包含目標信息的回波信號，對雷達系統進行調試、分析、標校和*價，已成為現代雷達系統設計的必要手段。 ??研制完成的雷達距離校準儀采用數字射頻存儲、寬帶微波IQ調制、小型化寬帶合成本振、微波開關濾波等新技術，實現相參雷達的目標回波信號模擬。主要用于雷達定期標校、雷達維修后的目標探測功能的檢驗及標定，以及雷達的科研生產測試，具有一定的通用性。 ??1 工作原理 ??雷達距離校準儀采用標準上架式臺式結構設計，考慮到儀器的高可靠性、可擴展性和操作方便性，儀器可分為本振模塊、上下混頻模塊、中頻信號處理模塊、雷達目標模擬模塊、IQ混頻模塊、CPCI主控平臺等部分，其中主控平臺由控制模塊、母板、鍵盤、液晶顯示器、通信接口、系統電源構成，其他部分均采用相對獨立的模塊化設計。各模塊均從儀器后面插入整機，通過母板獲取電源并完成數據交換。圖1是整機組成框圖。 ?? ??圖1 整機組成框圖 ??本振模塊提供用于上下混頻模塊的本振信號，下混頻模塊接收來自輸入天線的射頻信號，輸出下混頻后的中頻信號。中頻處理模塊對中頻信號進行濾波放大及功率分配，目標模擬模塊實現雷達目標信號的距離與速度模擬。IQ混頻模塊對加入目標信息的中頻信號進行上混頻，輸出雷達目標模擬信號。所有的控制信息和設置參數由主控機通過CPCI總線發送到相應的模塊，所測得的數據通過接口總線匯總到主控機，由主控機完成相應的處理、顯示。 ??通過天線接收到的雷達信號送到雷達通用目標模擬信號發生器內。在本裝置內，采用“寬帶混頻接收、大容量高速數字射頻存儲”的方案，實現對雷達發射波形進行采集和存儲。按照先進先出順序，對存儲數據延時后回放，延時大小根據要模擬目標距離確定。目標速度模擬通過對雷達發射信號頻率進行多普勒頻移來進行，接收和輸出通道分別對雷達發射信號和產生目標回波信號進行幅度調理。 ??雷達發射信號通過面板輸入端口、程控衰減、開關濾波、低噪聲放大后與本振進行混頻產生中頻信號，為了保證雷達發射信號不失真，接收通道瞬時帶寬大于雷達實際帶寬。混頻器輸出的中頻信號經過濾波后送到數字射頻存儲模塊。包含有目標距離和速度信息的中頻信號經過移相功分器分為兩路正交信號，與本振信號進行IQ混頻，由于上下混頻采用相同本振源，回放的雷達目標回波信號與雷達發射信號相參，控制輸出通道程控衰減器的衰減量，可改變目標回波大小，并能方便地實現與雷達接收機功率匹配。 ??2 關鍵技術的實現 ??2.1 數字射頻存儲與信號回放技術 ??大范圍、高精度的目標信號模擬是本項目的關鍵技術之一。其具體實現框圖如圖2所示，主要包括A/D轉換、降速控制、雙端口RAM及管理、升速控制、D/A轉換和延遲控制邏輯電路。 ?? ??圖2 數字射頻存儲原理框圖 ??對采樣頻率和存儲深度進行計算和優化，以滿足瞬時帶寬和量化噪聲要求。升速電路通過利用FPGA搭建合適的高速數據選擇器來實現。延遲控制電路進行存儲器寫地址和讀地址之間的數學運算，實現目標回波距離的模擬。 ??2.2 多普勒頻率源及目標速度模擬技術 ??雷達目標速度的檢測是通過對目標信號的多普勒頻移測試來實現的，本項目中采用直接數字頻率合成技術來產生多普勒頻率，原理框圖如圖3所示。 ?? ??圖3多普勒頻率源原理框圖 ??為了提高整機的集成度，采用兩片電路實現雙通道DDS，滿足本設計要求的速度范圍和速度分辨率要求，可實現頻率范圍從直流到500 kHz、頻率分辨率優于0.01 Hz、相位噪聲優于-130 dBc/Hz@10 kHz和近端雜散小于-70 dB的高性能多普勒頻率輸出，完全能夠滿足整機性能要求。 ??為了實現目標速度的模擬，將多普勒源輸出頻率信號與數字射頻存儲模塊輸出的中頻信號進行混頻，本設計中采用了正交IQ調制技術實現載波與無用邊帶信號的抑制，如圖3中虛線框所示。 ??通過調整相位偏移寄存器的值，提高邊帶抑制指標。校準后中頻輸出信號的載波抑制及鏡像抑制指標典型值為-50 dB，達到了比較滿意的效果。 ??2.3 寬帶微波IQ調制與校準技術 ??本設計中要實現頻率范圍1～18 GHz寬頻帶IQ混頻，具體為采用1 GHz～4 GHz射頻IQ混頻和4 GHz～18 GHz微波IQ混頻，能夠改善載波泄漏指標。調節IQ調制器的IQ輸入差模電壓，能夠改善鏡像抑制指標。本儀器具有1～18 GHz寬帶矢量調制功能，具有較大的靈活性。微波IQ調制器的頻率范圍可達3～20 GHz， IQ調制器校準電路原理框圖如圖4所示。 ?? ??圖4 IQ 調制器校準電路原理框圖 ??數控移相器原理框圖如圖5所示。每一級電路由兩只單刀雙擲開關、延時線構成，通過控制，可以選擇不延時或者延時。對于60 MHz中頻，第一級的移相為1°，第二級的移相為2°，第三級的移相為4°，第四級的移相為8°。故四階數控移相器可實現的移相范圍為0～15°，移相分辨率為1°。 ?? ??圖5數控移相器原理框圖 ??加入中頻移相器并進行IQ幅度補償后，儀器輸出信號的載波泄漏及鏡像抑制指標改善10～20 dB，典型指標達-40 dB，滿足了儀器的測試需求。 ??2.4 小型化低相噪寬帶合成本振技術 ??小型化寬帶本振源是本項目的關鍵模塊件之一，其性能指標直接影響到整機的技術指標。主要包括參考板、本振板、倍頻分頻板，提供用于上下變頻的本振信號，要求頻率范圍1 GHz～18 GHz，采用鎖相頻率合成加開關倍頻分頻濾波技術。 ??參考模塊提供本振板需要的10 MHz、1 GHz低相噪參考信號。在本儀器中使用了表面聲波壓控振蕩器及常規鎖相電路形式，實現了1 GHz低相噪參考信號輸出，其相噪為-130 dBc/Hz@10 kHz。 ??為了降低電路的復雜度，實現本振頻率合成的小型化，本振電路采用了體積與重量都較小的微波寬帶VCO進行設計。本振板原理框圖如圖6所示。本振板輸出的5～10 GHz信號經倍頻、分頻、濾波、放大、穩幅后輸出1～20 GHz本振信號，其典型輸出功率大于16 dBm。 ?? ??圖6 本振模塊原理框圖 ??基于自主創新的電路拓撲結構設計的1～20 GHz寬帶本振在不使用YIG振蕩器的情況下，已經達到了常規用YIG振蕩器及取樣環技術所能達到的相噪指標，頻率分辨率3.725 Hz，省掉了常規實現方法的小數分頻板和YIG驅動板，體積、重量均大幅降低，處于國內領先水平。 ??3 國內外同類產品對比分析 ??國外雷達目標模擬信號發生器及相關技術較為成熟，其技術方案從最初延遲線、光纖延遲到現在應用最為廣泛的數字射頻等不同階段，其典型產品有美國郝爾利（Herley）公司研制的變色龍II雷達目標模擬器。