基于VS2010的雷达信号自动测试软件设计

彭炜杰，张林让，蒙 妍

(西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室，陕西 西安 710071)

基于VS2010的雷达信号自动测试软件设计

彭炜杰，张林让，蒙 妍

(西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室，陕西 西安 710071)

传统方法对雷达信号分析与测试是通过示波器与频谱仪联合完成，耗费巨大、操作复杂、功能单一，而且无法完整描绘复杂调制类型雷达信号的所有特征。针对这些缺陷，设计并开发了基于VS2010的雷达信号自动测试软件，实现了对复杂雷达信号和雷达收发性能的测试及全面分析。文中简述了软件的总体设计及各功能的测试方法，并对软件界面及其功能设计给出了具体实现过程。软件采用模块化的设计思想，具有集成度高、通用性好和扩展性强的特点，适合应用于对雷达信号和系统性能进行测量与评估。

VS2010；自动测试；雷达性能分析；模块化

传统仪器对雷达信号的测试只能实现对其部分参数的测量。例如，示波器只能测量雷达信号的时域特征，频谱仪则只能测量雷达信号的频域特征[1-2]。因此，雷达信号自动测试软件是实现针对雷达信号的一键式自动测试与分析。能方便地测量雷达信号的时域、频域、调制域参数，评估信号质量，并给出雷达收发信机的各项参数，方便雷达工程师对雷达系统进行测试和调试。

1 软件总体设计

软件总体采用模块化的设计思想[3]，将整个软件设计为接口模块、分析与测试模块以及界面显示模块。整体软件结构如图1所示。

图1 软件模块构成

(1)接口模块。主要用于实现软件与仪器之间的通信联系，更能使多台仪器和软件协同工作，提高工作效率。LAN/GPIB接口用于软件对外部仪器进行连接控制，并支持实时读取信号数据对信号进行分析[4-5]。文件导入接口支持对*.csv、*.txt、*.mat等多种格式的雷达信号数据文件进行读取分析。结果输出接口用于对分析完成的数据及分析测量的参数进行保存，便于对信号进行分析对比；

(2)分析模块。是软件功能实现的主要部分。完成了对常用雷达信号在时域、频域以及调制域的分析，并对测试得到的雷达收发信机性能数据进行分析；

(3)界面显示模块。用于对软件分析结果进行显示，主要的表现方式有波形图和列表。软件采用TeeChart ActiveX控件完成波形图的绘制，Teechart控件提供了大量丰富、直观的图标样式，能够满足软件图形绘制的需求。采用MFC中的CListCtrl类对列表进行绘制[6]，可自由控制颜色、行高、字体大小和表格大小，使得图表显示结果清晰美观。

2 软件界面设计

为了体现雷达信号自动测试软件一键式测量的特点，界面应力求简洁、便于操作。通过下拉菜单按钮，可对显示图表进行修改，包括时域、频域、调制域相关测试参数的调整。界面显示采用1×1，1×2，1×3，…，3×2等8种窗口布局方式，通过继承CMainFrame类的AdjustDockingLayout函数来控制菜单栏和状态栏，以及CPane类对象发生改变时客户区的排列布局[7]，实现了窗口布局多样化。通过对雷达信号制式的选择，软件将自动配置与之相应的测试图表并显示。图2给出了信号类型为线性调频信号时的图表分析结果。

图2 线性调频信号分析

3 软件功能实现

软件功能主要是完成对雷达发射系统宽带调频信号各种参数的测量、对发射系统信号频率稳定度的测量、对雷达收发信机之间直流泄露信号参数和直流抑制性能等系统性能参数的测量。

3.1 雷达信号参数测试

信号参数分析：包括对雷达信号进行时域、频域以及调制域分析3个方面。软件读取由频谱仪采集的雷达收发通道输出的I、Q路信号，然后通过选择不同的功能按钮对信号进行分析。

对于时域分析功能的实现，首先采用平滑估计法[8]计算出信号包络，再根据包络估算出信号各分段内的幅值，从而估算出信号时域各参数，测量流程如图3所示。

图3 信号时域参数测量流程

对于频域分析功能的实现，通过调用FFTW库对信号进行快速傅里叶变换得到信号幅频特性。软件分析流程如图4所示。

图4 信号频域参数测量流程

对于时频分析功能，软件主要采用相位差分法[9]、短时傅里叶变换以及Gabor变换[10]等方法对不同类型的雷达信号进行分析。结果以全景图、三维图、曲线或表格的形式显示出来，分析流程如图5所示。

图5 信号调制域参数测量流程

3.2 雷达收发信机性能参数分析

(1)接收机镜频抑制性能测量。

在雷达接收回波信号的过程中，接收信号除了包含期望频率的信号外，接收机通道还会产生镜频和谐波信号。非期望信号作为干扰信号不能实现匹配聚焦，影响频域相位噪声测量。因此镜频分量的抑制能力是影响雷达接收机性能的一个重要指标[11]。

设雷达接收机通道输出的中频回波信号模型如式(1)所示，其中，fd为多普勒频率。则经过数字混频后输出的I/Q路信号可分别用式(2)[12]和式(3)[12]表示，其中，Δ表示I/Q路通道的幅度不一致性，δ表示为相位不正交性

s(t)=cos2π(f0+fd)t

(1)

sI(n)=cos2π(f0+fd)nΔt×cos2πf0nΔt

(2)

sQ(n)=-cos[2π(f0+fd)nΔt](1+Δ)×sin(2πf0nΔt+δ)

(3)

软件对I/Q路信号进行读取，通过滤波器并合成复信号后各频点幅值可用式(4)和式(5)表示，其中，Afd是零中频回波信号幅值；A-fd是镜频信号幅值；γ是滤波器阻带衰减。则镜频抑制性能可用镜频抑制比衡量，镜频抑制比即镜频信号与回波信号幅值之比，计算方法如式(6)所示

(4)

(5)

(6)

(2)发射机频率稳定度分析。

频率源内部噪声对振荡信号的频率和相位均会产生调制，使输出信号的频率或相位产生起伏[13]。这种由噪声调制造成的频率和相位的随机起伏称为频率稳定度和相位稳定度，实为频率不稳定度。测量由被测频率源内部噪声调相、调频造成的输出信号噪声边带，即为频域相位噪声测量，式(7)给出了单边带相位噪声的计算方法，其中，Pm为偏离载频的一个相位调制带的平均功率；Pc是载波功率；Bn是测量系统的等效噪声分析带宽

(7)

通常，相位噪声的测量方法有3种：直接频谱仪法、相位检波器法和鉴相器法[14]。采用直接频谱仪法结合测试软件测量相位噪声的流程如图6所示。通过软件中的频谱仪参数设置选项，可对频谱仪中心频率进行调谐，显示距离中心频率不同频率值处的相位噪声大小值。

图6 相位噪声测量流程

(3)直流抑制性能分析。

对于连续波体制雷达，当发射机通道和接收机通道无法实现完全物理隔离，在发射信号时会产生信号泄露，即接收机通道中会产生来自发射通道的发射信号。泄露信号进入接收机混频器射频口与本振信号混频，当差拍频率为0时产生直流信号。叠加在基带信号上的直流信号会对基带信号产生干扰，因此对直流抑制能力的分析是考察雷达性能的一个重要途径[15]。

直流抑制性能的测试及分析过程如图7所示。点击软件界面上的测试模式选择按钮，首先选择发射机通道为测量通道，将采集到的数据进行存储并分析，得到发射信号幅值A1。然后将测试通道切换为接收机通道，对接收机零中频处采集到的信号进行分析，得到泄露信号幅值A2，则通道间直流抑制性能可通过式(8)计算。

(8)

图7 直流抑制性能测量流程

4 结束语

本测试系统对雷达信号参数雷达系统性能测试提出了准确、高效的测试方法，测试软件在VS2010平台上完成了对于雷达信号参数和雷达收发信机性能参数的测量，操作简单、功能全面、界面简洁美观，弥补了传统测试方法操作复杂、功能单一等方面的缺陷，可广泛应用于雷达信号分析和雷达系统性能测试等领域。

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Design of Radar Signal Auto Test Software Based on VS2010

PENG Weijie，ZHANG Linrang，MENG Yan

(National Key Laboratory of Science And Technology on Radar Signal Processing,Xidian University,Xi’an,710071,China)

The traditional analysis and measurement of radar signal is based on the combination of oscilloscope and spectrometer，resulting in a high cost,complicated operation and single function,which can not have a comprehensive description of complex modulated radar signals. In order to remedy this disadvantages,a radar signal auto measurement software is designed and developed based on VS2010 platform,this software can not only analyze and measure the radar signal but also evaluate the performance of radar transmitter and receiver. The software is designed in to several module,and having advantages of high integration level,universality and expansibility,could be applied into the measurement and evaluate of radar system.

VS2010;autotest;evaluate radar performance;modularization

TN957.51;TP391

A

1007-7820(2017)11-021-04

2016- 12- 14

国家重大科学仪器设备开发专项项目 (2012YQ20022405)

彭炜杰(1993-)，男，硕士研究生。研究方向：针对多种雷达信号进行多域联合分析。张林让(1966-)，男，博士，教授，博士生导师。研究方向：自适应信号处理等。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.11.006