寬帶雷達(dá)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(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試與評(píng)估的半實(shí)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(fù)雜電磁環(huán)境以及不同電磁散射特性的目標(biāo)回波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的硬件在回路仿真。射頻仿真系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效地縮短雷達(dá)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的研制時(shí)間，節(jié)省研發(fā)所需的費(fèi)用，降低雷達(dá)信號(hào)參數(shù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。為了盡可能真實(shí)地反應(yīng)出雷達(dá)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(dá)回波信號(hào)。而如何實(shí)時(shí)地生成逼真的雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)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(yīng)的目標(biāo)模型和回波生成算法等方面，因此需要對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)展開研究和分析。
　　本論文針對(duì)寬帶雷達(dá)射頻仿真系統(tǒng)中目標(biāo)回波的高逼真度、實(shí)時(shí)生成這一前沿課題，圍繞寬帶目標(biāo)回波生成方法、高性能硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、回波信號(hào)雜散抑制和幅相特性校準(zhǔn)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(diǎn)：
　　1.研究了寬帶射頻仿真系統(tǒng)中窄帶目標(biāo)的距離、功率和速度等基本信息的模擬方法。重點(diǎn)研究和分析了寬帶雷達(dá)復(fù)雜目標(biāo)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(shí)時(shí)性的需求，提出了一種基于散射中心模型的目標(biāo)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(biāo)散射中心，采用多散射中心同時(shí)計(jì)算回波并疊加的方式來實(shí)現(xiàn)等效的目標(biāo)回波重構(gòu)，在保證目標(biāo)

4、回波模擬準(zhǔn)確性的前提下，極大地提升目標(biāo)回波產(chǎn)生的實(shí)時(shí)性。
　　2.實(shí)現(xiàn)了1GHz帶寬的低雜散寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)（Digital Radio Frequency Memory，DRFM）平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)。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(tái)中對(duì)性能影響最為關(guān)鍵的兩個(gè)器件。因此，重點(diǎn)對(duì)寬帶ADC的性能進(jìn)行

5、了分析，研究了量化誤差、通道失配以及采樣時(shí)鐘等因素對(duì)其性能的影響。此外，對(duì)寬帶 DAC的輸出信號(hào)進(jìn)行了建模與分析，針對(duì)所采用的芯片的不同輸出模式分別進(jìn)行了性能分析，并研究了轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的抖動(dòng)與雜散對(duì)輸出信號(hào)的影響。探討了基于抖動(dòng)（Dither）技術(shù)的寬帶ADC無雜散動(dòng)態(tài)范圍（Spurious Free Dynamic Range，SFDR）性能提升方法。
　　3.對(duì)寬帶DRFM平臺(tái)中雷達(dá)目標(biāo)回波實(shí)時(shí)重構(gòu)算法進(jìn)行了研究、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)

6、現(xiàn)有硬件平臺(tái)的計(jì)算能力及目標(biāo)回波的計(jì)算要求，研究了寬帶雷達(dá)回波信號(hào)的實(shí)時(shí)重構(gòu)方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了數(shù)字信號(hào)處理的流程。對(duì)其中的正交混頻、多路并行有限沖擊響應(yīng)FIR濾波器以及多普勒頻率調(diào)制等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析。
　　4.對(duì)寬帶DRFM平臺(tái)性能進(jìn)行了測(cè)試與分析。首先對(duì)寬帶ADC與DAC的硬件性能進(jìn)行了測(cè)試與分析，測(cè)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(biāo)均優(yōu)于-50dBc。其

7、次，對(duì)目標(biāo)回波模擬性能進(jìn)行了測(cè)試，分別驗(yàn)證了目標(biāo)距離模擬、速度模擬以及電磁散射特性模擬這三個(gè)方面，實(shí)測(cè)性能均達(dá)到了-50dBc以上的精度。
　　5.針對(duì)寬帶DRFM平臺(tái)幅相特性畸變這一實(shí)際問題，提出了一種基于數(shù)字預(yù)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(yù)失真FIR濾波器系數(shù)設(shè)計(jì)。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(jì)的濾波器比逆傅里葉變換方法設(shè)計(jì)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(dāng)濾波器階數(shù)大于15時(shí)，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(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過預(yù)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(dá)目標(biāo)回波系統(tǒng)的帶寬擴(kuò)展技術(shù)，提出了一種針對(duì)線性調(diào)頻（Linear Frequency Modulat