基于虛擬儀器的雷達信號模擬系統(tǒng)

　　1 引言

　　傳統(tǒng)的雷達發(fā)射機，采用專用的信號發(fā)生模塊，無法任意的設置波形形式、參數(shù)，信號中心頻率，信號功率等。在一定程度上限制了應用范圍。尤其在雷達的預研和新技術的探索階段，要對各種雷達信號進行實驗或評估，如果為每種雷達信號設計專用的信號發(fā)生模塊，將極大的耗費成本。如果使用虛擬儀器技術，集成高性能的商用測試儀器[1]，通過編程設計系統(tǒng)的功能，可以有效模擬多種雷達信號，并以較大的靈活性對雷達信號的參數(shù)進行設置，克服通用性差的問題，滿足多種多樣的應用要求。

　　2 雷達信號發(fā)生系統(tǒng)

　　雷達信號產生原理方框圖如圖1所示，基帶信號發(fā)生模塊利用D/A變換，將數(shù)字存儲波形轉換為I/Q兩路基帶模擬信號輸出。I/Q調制模塊對I/Q兩路信號進行正交載波的調制，將信號中心頻率搬移到射頻或微波頻段，系統(tǒng)最后的輸出就是所需的雷達信號。

圖1. 雷達信號產生原理圖

　　3 基于虛擬儀器的雷達信號模擬系統(tǒng)

　　在雷達新體制的預研論證階段，利用基于虛擬儀器的雷達信號發(fā)生系統(tǒng)，可以滿足應用需求。利用任意波形發(fā)生器、矢量信號源以及脈沖信號源作為硬件平臺，在Agilent VEE下開發(fā)虛擬儀器軟件進行控制，實現(xiàn)了通用雷達信號發(fā)生系統(tǒng)的模擬。

　　3.1 系統(tǒng)的硬件結構設計

　　系統(tǒng)的結構圖如圖2 所示，下面介紹各模塊的功能。

圖2. 儀器的硬件連接

　　3.1.1 任意波形發(fā)生器

　　任意波形發(fā)生器通過數(shù)字存儲，數(shù)模轉換的功能完成基帶或中頻模擬IQ信號的輸出。通過軟件控制，任意波形發(fā)生器模擬基帶模擬信號發(fā)生模塊，實現(xiàn)如下功能：

　　1. 對脈沖波形的輸出進行回放控制，實現(xiàn)單脈沖波形或脈沖波形序列的輸出。

　　2. 并可以設置脈沖時間的寬度，脈沖內的波形參數(shù)（如頻率或帶寬等）。

　　3. 脈沖時間寬度，重采樣速率可以通過軟件進行設置。

　　3.1.2 矢量信號源

　　矢量信號源輸入I/Q信號完成正交調制，上變頻的功能。通過遠程控制實現(xiàn)如下功能：

　　1. 可以調節(jié)輸出雷達信號中心頻率以及輸出功率的大小。

　　2. 可以調節(jié)I/Q兩支路的幅度和相位平衡。

　　3.1.3 脈沖發(fā)生器

　　脈沖發(fā)生器可以為雷達脈沖調制提供所需的觸發(fā)脈沖，并進行脈沖重復頻率PRF 的設置。實現(xiàn)各個模塊之間的相參和同步。

　　上述系統(tǒng)中的關鍵模塊是任意波形發(fā)生器和矢量信號源。各大儀器產商都有相應的產品。為了驗證實現(xiàn)該系統(tǒng)，我們選用了安捷倫公司的任意波形發(fā)生器 N6030A[2]和矢量信號源E8267D[3]，并選用該公司的81110A脈沖發(fā)生器[4]作為脈沖源。其中81110A和E8267D通過 GPIB總線與工控機連接，N6030A則通過PXI總線與工控機相連。工控機運行虛擬儀器軟件，通過PXI總線與GPIB總線分別與各個儀器通信，實現(xiàn)對儀器的遠程控制。

　　3.2 虛擬儀器軟件設計

　　系統(tǒng)軟件組成如圖3所示，采用模塊化的程序結構，方便系統(tǒng)的升級和擴充。儀器驅動程序是儀器功能控制函數(shù)以及儀器參數(shù)變量的集合。儀器控制模塊是由程序定義的儀器驅動程序的子集，它將構建系統(tǒng)需要的儀器功能函數(shù)和參數(shù)從驅動程序中提煉出來，以適合用戶的需求。

圖3. 系統(tǒng)軟件組成框圖

　　3.2.1 VEE圖形化開發(fā)環(huán)境

　　虛擬儀器開發(fā)環(huán)境包括常見的應用程序開發(fā)環(huán)境如：VC++，VB，MATLAB，以及專門針對測試測量應用的圖形化開發(fā)環(huán)境：NI LabVIEW， Agilent VEE等。

　　在開發(fā)過程中，選用Agilent VEE （Virtual Engineering Environment）開發(fā)環(huán)境[5]。VEE采用面向對象的程序設計技術，適合于測試和測量領域的系統(tǒng)仿真與儀表備優(yōu)化控制等應用。它的主要特點有：對編程語言進行了的圖形化處理，采用數(shù)據(jù)流程圖方式編寫代碼，編程效率高。提供了豐富的儀器I/O驅動實現(xiàn)對VXI、GPIB、PXI、串口等總線接口的控制。提供了大量的函數(shù)庫，并可以與C /C++，MATLAB等進行混合編程。