回波信号模拟器在同体制雷达中的应用

韩亚娥

摘要：雷达信号模拟器（Radar Simulator）是随着雷达技术的发展而产生的一种新的辅助设备，能够完成目标回波信号和外部杂波干扰信号的模拟仿真，是维修人员平时进行雷达检测的一个重要的辅助工具和训练雷达操作员的重要仿真设备。随着雷达技术的进步带来的是雷达模拟器的革命性发展。

关键词：可控跳频;可控的延时发射;人性化操作;小体积

1引言

本文是在结合某型号雷达回波信号模拟器实际研制工作的基础上，应用光纤延迟技术进行脉冲雷达的电磁波延迟，可模拟目标雷达回波信号对雷达进行功能及部分性能检测。该模拟器特点是无需外部触发，能够实现对配套雷达发射的射频信号的接收处理，产生一个经过特定延时并且精确度较高的模拟射频回波信号，从而实现对雷达的某个固定距离点上的目标模拟，通过预设定的方式对模拟器进行频点设定，可以使其工作频点与配套雷达当前工作频点相同。其工作原理如下：

首先，根据现场的实际情况，通过设置模拟器电源单元面板上的供电选择开关，使模拟器工作在蓄电池或外部交流电供电模式。若为220V交流供电，则由内部电源模块将其转换为+27V，供模拟器内部模块及控制板使用;若为蓄电池供电，该蓄电池可直接提供+27V，供模拟器其它部分使用。

模拟器开机后，根据需要模拟的距离和雷达工作频点，在模拟器前面板进行延时及频点设定，模拟器控制板将设置的信号转换为控制指令分别送给延时模块和面板指示灯。

完成设置后，模拟器进入稳定接收状态，等待雷达发射的无线电射频信号。当模拟器接收天线接收到雷达发射的信号后，首先由功率衰减器对该信号进行衰减，以满足延时模块最大输入功率0dBm的要求。之后，该信号进入延时模块，并由延时模块对该信号进行多级模拟滤波延时。

雷达发射信号经延时模块的延时处理，输出信号约为-20dBm，再经过限幅功率放大组件，最终由模拟器的发射天线发射给雷达。

2  延时模块

延时模块主要是将来自接收天线的雷达信号进行延时后转发，对应的延时时间为30us、60us等根据需要可选。延时模块工作频率可与雷达工作频率设置一致，共19个频点，其频率控制为5bit单端TTL电平，由前面板进行设置，经控制板转发给延时模块，根据实际使用时架设距离本模拟器最大输入功率10dBm。为了确保延时模块输入功率≤10dBm，将在接收天线和延时模块之间增加可调节衰减器。

延时插损为：≤45dBm@20us，经放大补偿后，信号输出功率≥-35dBm，能够满足后端功放模块输入需求。

整个延时模块供电为+12V（约300mA）、+5V（约1500mA）、-5V（约300mA）。射频信号收发端口均采用SMA-KFK接口，供电及控制电平采用标准矩形插座，体积约为180mm×120mm×70mm。

3  功放模块

功放模块主要是将来自延时模块的小功率信号进行功率放大，以达到模拟器输出功率要求，该模块收发端口均采用SMA-KFK接口，供电及控制采用焊接形式。

4  电源单元

电源单元由直流电源和蓄电池组成，直流电源主要将220V/50Hz交流电转换为+27V直流电压，蓄电池主要在无220V/50Hz交流电时为模拟器供电。

模拟器通过面板的双刀双掷开关实现直流电源和蓄电池的切换，两个模块+27V供电均连接到信号处理单元供电插座上，再由信号处理单元中的控制板将+27V电压转换为其他部分所需的+5V、+12V、-5V供电。

具体原理见图2。

5  模拟器控制板

模拟器控制板是将前面板上的设置转换为控制电平，用于完成对其它模块的控制输入。

控制板主要由DC/DC电源模块、FPGA芯片及其配置电路构成，对外通过矩形插座进行通讯。DC/DC模块主要将+27V电压转换为控制板所需的+5V、+12V、-5V电压，FPGA用于实现对面板按钮响应、数码管显示及指示灯控制，同时输出延时模块所需的频率控制、延时控制电平，完成模块输入状态检测。

6  试验过程

试验结合我单位实际产品XXX雷达，将模拟器架设在雷达角度范围内距离雷达约100m，模拟器和雷达之间无遮挡，将模拟器喇叭通过射频和箱体连接，并使角錐喇叭基本对准雷达。

架设完毕后雷达开机，模拟器加电。按照当前雷达工作模式，将模拟器设置为远区80us脉宽，延时100us，频率9.3GHz，并将雷达送来的差分触发线连接到模拟器箱体的触发接线柱上。雷达搜索区域设置在15000m处，角度覆盖模拟器所在位置，启动雷达搜索指令，雷达捕获目标并转入对目标的跟踪。经常时间观察，雷达能够对模拟器建立稳定跟踪，从而通过实验验证模拟器设计有效。

7  数据分析

按照6的方法，将模拟器架设在相对于雷达FW3°，俯仰-0.3°位置，模拟距离4500m时，通过雷达对模拟器进行了20次试验。以下分别从能否成功捕获模拟器、测量的距离精度、方位角、俯仰角精度等4方面进行了分析，分析结果见图4～图6。

8  应用前景

某型雷达目前已被广泛应用于军事、民用各领域，我单位也有多个型号的该型雷达，其在外场调试、雷达整机接收通道有效性调试、外场抗干扰测试等领域均需要携带大量昂贵仪器，这种方法不但费时费力，且对环境要求较高。

雷达模拟器的能有效解决上述问题，其成效主要体现在：

1）该雷达模拟器的研制，可有效替代仪器，完成雷达的外场调试，降低仪器使用频率和损耗，防止仪器在外场恶劣环境使用的损坏，节约仪器使用成本;

2）方便同波段相同体制雷达的场外调试测试。雷达需要靠目标体的反射完成信号回波的采取，在外场试验环境下较难达到;同时，因为周围环境因素的干扰，回波信号会加入多径、杂波等不利因素。但采用触发模式的一次雷达模拟器后，能够从时域避开近距杂波，而且因采用了有线触发，模拟器能够产生不受干扰的稳定模拟回波信号;

3）在外场1：1电磁兼容试验时，使用雷达模拟器能够节省仪器和人力成本，方便电磁兼容测试试验，而且这种测试方法能够真实反映雷达本身电磁兼容特性。

（作者单位：陕西长岭电子科技有限责任公司）