基于FPGA和DSP的雷達(dá)模目信號(hào)設(shè)計(jì)

摘要：在雷達(dá)信號(hào)處理分系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，經(jīng)常用到模目信號(hào)。為了獲得實(shí)時(shí)多波束雷達(dá)模目信號(hào)，提出一種基于FPGA和DSP的產(chǎn)生方法，利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序及控制，DSP實(shí)時(shí)計(jì)算出所需要的回波，這樣即使在沒有陣面數(shù)據(jù)的情況下，仍然能夠調(diào)試信號(hào)處理部分。該設(shè)計(jì)模塊使用簡(jiǎn)單方便，只需通過終端鍵盤輸入?yún)?shù)，即可實(shí)時(shí)產(chǎn)生所期望的回波，非常適用于雷達(dá)研制前期和系統(tǒng)聯(lián)試時(shí)查找問題，而且模塊做在脈壓板上，不需要單獨(dú)的插件。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)模目信號(hào)；FPGA；DSP；回波

0 引言
雷達(dá)系統(tǒng)在研制過程中，各部分往往是并行的，在調(diào)試信號(hào)處理分系統(tǒng)時(shí)，如果天線沒做好，就得不到陣面送下來的回波數(shù)據(jù)，這時(shí)調(diào)試就無法正常進(jìn)行。為了解決這一問題，往往先設(shè)計(jì)一個(gè)模目信號(hào)，把信號(hào)處理分系統(tǒng)調(diào)試好，待其他分系統(tǒng)也調(diào)試好后，再切換為正常接收模式，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)試。
本文介紹了一種模目信號(hào)設(shè)計(jì)方法，利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序及控制，DSP實(shí)時(shí)計(jì)算所需要的回波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)目標(biāo)回波的模擬，這樣可以在沒有陣面數(shù)據(jù)的情況下，使信號(hào)處理分系統(tǒng)調(diào)試能夠正常進(jìn)行，從而不影響科研進(jìn)度，做到有問題早發(fā)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)原理
由于要調(diào)試的是PD體制雷達(dá)，所以要模擬的信號(hào)是帶有多普勒頻移的雷達(dá)目標(biāo)回波。這里雷達(dá)發(fā)射波形為線性調(diào)頻信號(hào)，其時(shí)域表達(dá)式為：

式中： A為振幅；τ為脈寬；；μ為調(diào)頻斜率；fo為載頻；φo為初相。那么當(dāng)雷達(dá)對(duì)空照射時(shí)，如果遇到目標(biāo)，就會(huì)產(chǎn)生回波，回波是受目標(biāo)調(diào)制了的發(fā)射信號(hào)，所以通過和發(fā)射信號(hào)相比較，就可獲得目標(biāo)的相關(guān)信息，在此僅考慮目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)勻速徑向飛行的情況。當(dāng)回波被雷達(dá)接收后，經(jīng)過解調(diào)，得到的將是帶有多普勒頻移的線性調(diào)頻信號(hào)，由于已假設(shè)目標(biāo)沿徑向勻速飛行，所以回波信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)來說，在相位上僅時(shí)間的一次項(xiàng)改變，即發(fā)生了多普勒頻移。回波的時(shí)延反映目標(biāo)的遠(yuǎn)近，幅度反映目標(biāo)的散射截面積。
通過以上分析可知，要產(chǎn)生模目信號(hào)，可以通過改變發(fā)射信號(hào)(未調(diào)制至載波)的頻率中心、時(shí)延和幅度這三個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)這三個(gè)變量的控制，就可模擬出目標(biāo)的徑向速度、徑向距離以及雷達(dá)散射截面積。

2 系統(tǒng)方案
由于模目信號(hào)可以通過改變發(fā)射信號(hào)得到，又發(fā)射信號(hào)的波形已知，所以可以通過對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)變換，來模擬所期望的回波。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下：為了解距離和速度二維模糊，雷達(dá)設(shè)置了N種重頻，每種重頻的脈寬不同，在系統(tǒng)帶寬(其決定雷達(dá)的距離分辨率)一定的情況下，每種重頻發(fā)射信號(hào)的點(diǎn)數(shù)為：脈沖時(shí)寬×系統(tǒng)帶寬，此點(diǎn)數(shù)也就是目標(biāo)回波的點(diǎn)數(shù)，這樣就可以預(yù)先把發(fā)射波形存于DSP內(nèi)存，然后根據(jù)系統(tǒng)控制字，取出需要的波形，再在DSP中實(shí)時(shí)計(jì)算出所需要的模目信號(hào)。模目信號(hào)需要系統(tǒng)時(shí)序來同步，系統(tǒng)時(shí)序如圖1所示。

圖1中BW為雷達(dá)波位脈沖，CPI為相干脈沖導(dǎo)前，F(xiàn)R為單個(gè)脈沖信號(hào)。系統(tǒng)會(huì)在每個(gè)CPI到來時(shí)打入系統(tǒng)控制字，告訴信號(hào)處理分系統(tǒng)陣面ID、工作模式、CPI代碼等信息，信號(hào)處理分系統(tǒng)會(huì)根據(jù)收到的控制字來進(jìn)行相應(yīng)的工作，模目距離和模目多普勒也會(huì)在系統(tǒng)控制字中給出，這樣就可在系統(tǒng)時(shí)序同步下，根據(jù)所收到的控制字產(chǎn)生模目信號(hào)。