一种基于DRFM和数字信道化技术的宽带雷达目标干扰模拟器设计

高山，翟龙军，曲洪东，姜志森

（1.海军航空工程学院a.科研部，b.电子信息工程系，山东烟台264001；2.陆军航空兵学院机载系，北京101123）

一种基于DRFM和数字信道化技术的宽带雷达目标干扰模拟器设计

高山1a，翟龙军1b，曲洪东2，姜志森1b

（1.海军航空工程学院a.科研部，b.电子信息工程系，山东烟台264001；2.陆军航空兵学院机载系，北京101123）

提出了一种DRFM和数字信道化技术的宽带雷达目标干扰模拟器设计方案，详细讨论了宽带雷达信号的数字信道化接收算法和基于DRFM的扩展目标/干扰生成方法。仿真分析结果表明，该方案可以实现1 GHz带宽的雷达导引头目标干扰信号模拟，并可推广用于宽带雷达导引头干扰机和宽带雷达导引头数据采集系统设计。

数字射频存储；数字信道化；宽带雷达；目标模拟；干扰

随着现代雷达技术的发展，为提高角分辨率，雷达导引头的工作频段已经从传统的X波段、Ku波段扩展到毫米波频段；为提高距离分辨率和抗干扰能力，雷达的工作体制也从简单的脉冲体制雷达发展到脉冲多普勒雷达和脉冲压缩等具备频率捷变能力的新体制宽带雷达。

由于雷达导引头其自身平台的运动特征，造成了目标回波的复杂性，特别是随着各种雷达电子战设备的不断涌现，现代战场上电磁信号环境变得更加复杂，由于传统的试验方法很难形成逼真的实战信号环境，而且试验周期长、试验费用高、保密性差、易受气候与环境等因素的影响[1]，已不能满足新体制雷达导引头的测试需求。为了满足宽带雷达导引头的检测性能要求，急需研制宽带雷达目标干扰模拟器用于宽带导引头装备的研制、生产和技术保障。

本文提出了一种基于DRFM和数字信道化技术的宽带雷达目标干扰模拟器设计方案，实现X波段1GHz带宽的雷达导引头目标干扰信号模拟。在该方案中，通过高速AD采样将下变频的雷达发射信号进行数字化，利用数字信号化技术实现雷达发射信号瞬时频率的分选，通过DRFM技术实现扩展目标/干扰信号的模拟。

1 宽带雷达目标/干扰模拟器设计方案

X波段宽带雷达目标/干扰模拟器设计方案如图1所示。系统主要由收发天线、微波模块、数字储频和数字信道化处理等模块组成。收发天线用于雷达发射信号的接收和目标/干扰模拟信号的发射。微波模块包括下变频和上变频2部分：下变频部分用于将X波段雷达发射信号变频至带宽为1 GHz中频信号，上变频部分用于将模拟产生的1 GHz带宽的目标/干扰中频信号变频至X波段。

数字信道化处理模块在对1GHz带宽中频信号进行高速AD采样后，完成接收信号的宽带数字信道化处理和信号分选。

数字储频模块在经过数字信道化处理和信号分选后的雷达信号采样数据的基础上，利用DRFM技术模拟产生目标回波和噪声干扰信号，经过DA转换，在模拟域合成后产生1 GHz带宽的目标/干扰中频信号。数字储频及信道化处理的信号处理流程见图2。

为满足1 GHz的中频带宽需求，ADC器件采用采样率为2.5GSPS的12bit高速AD转换器进行信号采样。数模转换之后的数据首先进行DDC、滤波、2倍抽取处理，变换到基带的采样率下降为1.25GSPS，除了完成DRFM目标生成之外还需要在多个信道化处理卡上完成宽带信道化处理，分离出50个20 MHz带宽的信号，在系统内部需要对着50个信道化之后的数据进行实时分选，得到雷达发射信号的频率信息，然后产生压制式干扰，最终通过2个独立的ADC通道输出到射频，完成目标/干扰模拟产生过程。

2 宽带雷达信号的数字信道化接收

数字信道化接收是利用宽带数字接收机和数字信号处理技术测量和分析输入信号频率及其他相关参数的技术。射频信号经过采样和量化后转为数字信号，可实现数字信道化处理[2-3]。数字化信道接收机根据各个信号的频率分离各输入信号。数字信道化可看作是一个数字滤波器组，根据频率不同，输出信号将会通过某个输出端输出，通过测量滤波器组的输出，可以确定输出信号的频率[3-5]。基本的数字信道化测频技术主要通过加窗短时傅立叶算法实现（STFT）：

式（1）中：{s(n)=I(n)+jQ(n)}为输入信号的正交采样序列；N为窗口宽度，加窗后不会改变Δf，但会提高交点电平和信道的3dB带宽。其中，一般根据系统要求的频率分辨率Δf来设置N，即

式（2）中，T为采样周期。

但是，FPGA器件能够直接支持的STFT算法有限，为此工程中常使用一种抽样降速并行滤波的算法。

可得

在这种体制下，将要进行N点STFT的N点数据，进行m路抽取，对每一路进行P点的加窗STFT滤波，即N=mp。也就是说对于采样所得到的数据按照整数倍进行抽取为多路数据，这样后续FPGA所处理的数据速率变为原来的1/m，然后对多路数据进行了降维FFT，得到多维有频谱混叠的滤波器输出，再经过去混叠滤波之后就可以得到所需要的输出。

STFT滤波之后就形成了N个信道的滤波输出，在对每个信道的输出信号功率进行门限检测，以判断此时该信道是否存在信号，并在判为有效信号存在的情况下，估计信号频率：

式（4）中，Vk为信道k的检测门限，可以根据装备进入阵地之后，对所在环境中各个频段内外噪声的情况进行预先标定，也可以在对当前实际信号环境统计分析后实时标定。

采用数字信道化处理时，由于噪声是宽带信号，而目标信号的瞬时带宽一般远小于捷变带宽，若捷变带宽为1 GHz，信道化处理后每个信道带宽为20 MHz，则采用信道化之后的信噪比可以改善10×lg10(1000/20)≈17dB，仿真结果如图4所示。

从仿真结果上可直观地看出，原始输入的数据已经完全淹没在噪声下，进行信道化之后噪声信号得到很大程度上的抑制，可以很清楚地看到信号的波形。

3 基于DRFM的扩展目标/干扰生成

系统上电工作后，信道化处理单元对信号进行频率分选。若某个信道发现雷达发射信号，数字储频单元转入目标/干扰生成状态，除了进行噪声干扰的模拟之外，还会从信道化处理结果中分选出有用的数据叠加上多普勒信息、距离信息以及目标的体特征信息，生成与雷达完全相参的扩展目标，实现对目标和干扰场景的模拟。

随着雷达信号处理技术的快速发展，其分辨率也越来越高，单纯的点目标模拟已经不能满足要求[7-11]，因此最佳的方式就是采用扩展目标模拟[12-14]。采用这种方式雷达回波会出现多个散射点，与真实目标的回波特性基本一致。

雷达目标回波是雷达天线照射波束内所有散射点目标回波信号的叠加[7，15-16]，该回波信号sr(t)可以表示为雷达发射信号p(t)与目标响应函数h(t)的卷积，即sr(t)=p(t)⊗h(t)，其中，目标响应函数h(t)包含了天线波束照射范围内所有散射点回波的延迟、散射系数以及多普勒频移等信息，可以表示为：

式（5）中：m为散射点编号；Am为散射点回波信号幅度；Rm为各散射点到雷达的距离；τm=2Rm/c为回波延迟。

FPGA实现方案框图如图6所示。

4 结束语

本文提出了一种基于DRFM和数字信道化技术的宽带雷达目标干扰模拟器设计方案，通过高速AD采样将下变频的雷达发射信号进行数字化，利用数字信号化技术实现雷达发射信号瞬时频率的分选，通过DRFM技术实现扩展目标/干扰信号的模拟。仿真分析结果表明，该系统可以实现X波段1 GHz带宽的雷达导引头目标干扰信号模拟。该方案也可应用于宽带雷达导引头干扰机和宽带雷达导引头数据采集。

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Design of A Wideband Radar Target Jamming Simulator Based on DRFM and Digital Channelized Technology

GAO Shan1a,ZHAI Longjun1b,QU Hongdong2,JIANG Zhisen1b
（1.Naval Aeronautical and Astronautical University a.Department of Scientific Research; b.Department of Electronic and Information Engineering,Yantai Shandong 264001,China; 2.Department of Airbore Weapon,Army Aviation Institue,Beijing 101123,China）

A new architecture of wideband radar target and jamming simulator based on DRFM and digital channelized technology was proposed.Digital channelized algorithm of wideband radar signal and method of range extended target and jamming simulation based on DRFM were discussed in detail.Simulation result showed that wideband radar target and jamming simulation could be realized in 1 GHz band with this architecture.And this architecture could be used in the de⁃sign of wideband radar seeker jammer and wideband data acquisition system.

digital radio frequency memory;digital channelized;wideband radar;target simulator;jamming

TN955

A

1673-1522（2017）02-0205-04

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.02.005

2017-02-20；

2017-03-03

高山（1978-），男，助理研究员，硕士。