寬帶雷達射頻仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、射頻仿真系統(tǒng)（Radio Frequency Simulation System，RFSS）是一種針對雷達系統(tǒng)進行性能測試與評估的半實物仿真系統(tǒng)。在射頻仿真系統(tǒng)中，可以構(gòu)造出各種背景條件下的復雜電磁環(huán)境以及不同電磁散射特性的目標回波信號，從而實現(xiàn)對雷達系統(tǒng)的硬件在回路仿真。射頻仿真系統(tǒng)的應用可以有效地縮短雷達制導武器系統(tǒng)的研制時間，節(jié)省研發(fā)所需的費用，降低雷達信號參數(shù)泄露的風險。為了盡可能真實地反應出雷達系統(tǒng)的性能，需要射頻仿真系統(tǒng)提供

2、較為逼真的雷達回波信號。而如何實時地生成逼真的雷達目標回波信號一直以來都是射頻仿真系統(tǒng)所面臨的最為關(guān)鍵的技術(shù)問題。這一關(guān)鍵技術(shù)問題不僅涉及到相關(guān)硬件系統(tǒng)的性能，也涉及到相應的目標模型和回波生成算法等方面，因此需要對這些關(guān)鍵技術(shù)展開研究和分析。
　　本論文針對寬帶雷達射頻仿真系統(tǒng)中目標回波的高逼真度、實時生成這一前沿課題，圍繞寬帶目標回波生成方法、高性能硬件平臺設(shè)計、回波信號雜散抑制和幅相特性校準等關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究，具體工作和創(chuàng)

3、新可以概括為以下幾點：
　　1.研究了寬帶射頻仿真系統(tǒng)中窄帶目標的距離、功率和速度等基本信息的模擬方法。重點研究和分析了寬帶雷達復雜目標的電磁散射特性模擬方法，由于直接卷積無法滿足系統(tǒng)實時性的需求，提出了一種基于散射中心模型的目標回波模擬方法。該方法通過幾何繞射理論（Geometrical Theory Diffraction，GTD）模型提取目標散射中心，采用多散射中心同時計算回波并疊加的方式來實現(xiàn)等效的目標回波重構(gòu)，在保證目標

4、回波模擬準確性的前提下，極大地提升目標回波產(chǎn)生的實時性。
　　2.實現(xiàn)了1GHz帶寬的低雜散寬帶數(shù)字射頻存儲（Digital Radio Frequency Memory，DRFM）平臺的硬件設(shè)計。寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，ADC）與寬帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital to Analog Converter，DAC）是硬件平臺中對性能影響最為關(guān)鍵的兩個器件。因此，重點對寬帶ADC的性能進行

5、了分析，研究了量化誤差、通道失配以及采樣時鐘等因素對其性能的影響。此外，對寬帶 DAC的輸出信號進行了建模與分析，針對所采用的芯片的不同輸出模式分別進行了性能分析，并研究了轉(zhuǎn)換時鐘的抖動與雜散對輸出信號的影響。探討了基于抖動（Dither）技術(shù)的寬帶ADC無雜散動態(tài)范圍（Spurious Free Dynamic Range，SFDR）性能提升方法。
　　3.對寬帶DRFM平臺中雷達目標回波實時重構(gòu)算法進行了研究、設(shè)計與實現(xiàn)。根據(jù)

6、現(xiàn)有硬件平臺的計算能力及目標回波的計算要求，研究了寬帶雷達回波信號的實時重構(gòu)方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了數(shù)字信號處理的流程。對其中的正交混頻、多路并行有限沖擊響應FIR濾波器以及多普勒頻率調(diào)制等關(guān)鍵模塊進行了詳細的設(shè)計與分析。
　　4.對寬帶DRFM平臺性能進行了測試與分析。首先對寬帶ADC與DAC的硬件性能進行了測試與分析，測試結(jié)果表明，在100MHz～1100MHz的頻帶內(nèi)，寬帶ADC與寬帶DAC的SFDR指標均優(yōu)于-50dBc。其

7、次，對目標回波模擬性能進行了測試，分別驗證了目標距離模擬、速度模擬以及電磁散射特性模擬這三個方面，實測性能均達到了-50dBc以上的精度。
　　5.針對寬帶DRFM平臺幅相特性畸變這一實際問題，提出了一種基于數(shù)字預失真技術(shù)的幅相特性校正方法，首次將混合蛙跳算法（Shuffled Frog Leaping Algorithm，SFLA）引入任意幅頻和相頻特性的數(shù)字預失真FIR濾波器系數(shù)設(shè)計。在給定濾波器幅相特性及階數(shù)的情況下，采用S

8、FLA設(shè)計的濾波器比逆傅里葉變換方法設(shè)計的濾波器更能吻合幅相特性要求，而相比于遺傳算法（Genetic Algorithm，GA），當濾波器階數(shù)大于15時，SFLA也能求得更好的濾波器系數(shù)，且具有更快的求解速度。通過仿真和實驗表明，經(jīng)過預失真處理后的寬帶DRFM幅相特性可以得到有效地提升。
　　6.研究了基于信道化DRFM的寬帶雷達目標回波系統(tǒng)的帶寬擴展技術(shù)，提出了一種針對線性調(diào)頻（Linear Frequency Modulat