基于FPGA和DSP的雷達模目信號設(shè)計

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

0 引言
雷達系統(tǒng)在研制過程中，各部分往往是并行的，在調(diào)試信號處理分系統(tǒng)時，如果天線沒做好，就得不到陣面送下來的回波數(shù)據(jù)，這時調(diào)試就無法正常進行。為了解決這一問題，往往先設(shè)計一個模目信號，把信號處理分系統(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，進行系統(tǒng)聯(lián)試。
本文介紹了一種模目信號設(shè)計方法，利用FPGA產(chǎn)生時序及控制，DSP實時計算所需要的回波，從而實現(xiàn)對雷達目標(biāo)回波的模擬，這樣可以在沒有陣面數(shù)據(jù)的情況下，使信號處理分系統(tǒng)調(diào)試能夠正常進行，從而不影響科研進度，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，所以要模擬的信號是帶有多普勒頻移的雷達目標(biāo)回波。這里雷達發(fā)射波形為線性調(diào)頻信號，其時域表達式為：

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)雷達對空照射時，如果遇到目標(biāo)，就會產(chǎn)生回波，回波是受目標(biāo)調(diào)制了的發(fā)射信號，所以通過和發(fā)射信號相比較，就可獲得目標(biāo)的相關(guān)信息，在此僅考慮目標(biāo)相對雷達勻速徑向飛行的情況。當(dāng)回波被雷達接收后，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，由于已假設(shè)目標(biāo)沿徑向勻速飛行，所以回波信號相對于發(fā)射信號來說，在相位上僅時間的一次項改變，即發(fā)生了多普勒頻移?；夭ǖ臅r延反映目標(biāo)的遠近，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，可以通過改變發(fā)射信號(未調(diào)制至載波)的頻率中心、時延和幅度這三個參數(shù)來實現(xiàn)，通過對這三個變量的控制，就可模擬出目標(biāo)的徑向速度、徑向距離以及雷達散射截面積。

2 系統(tǒng)方案
由于模目信號可以通過改變發(fā)射信號得到，又發(fā)射信號的波形已知，所以可以通過對發(fā)射信號進行實時變換，來模擬所期望的回波。系統(tǒng)實現(xiàn)如下：為了解距離和速度二維模糊，雷達設(shè)置了N種重頻，每種重頻的脈寬不同，在系統(tǒng)帶寬(其決定雷達的距離分辨率)一定的情況下，每種重頻發(fā)射信號的點數(shù)為：脈沖時寬×系統(tǒng)帶寬，此點數(shù)也就是目標(biāo)回波的點數(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中實時計算出所需要的模目信號。模目信號需要系統(tǒng)時序來同步，系統(tǒng)時序如圖1所示。

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