1、1. 雷达半实物仿真的意义在雷达系统的研制和调试过程中，对雷达性能和指标的测试是一个重要的环节。如全部采用外场测试，将耗费大量人力、物力、财力，且易受天气状况影响，延长雷达系统研制周期。作为雷达系统测试的有效手段，近年来雷达信号模拟技术以其灵活性和低成本受到了普遍关注。雷达半实物仿真是通过包括微电子技术、计算机技术和信号处理技术等在内的各种技术来复现雷达信号的产生、传递等的动态过程。目的是对算法进行测试、评定系统功能、测试雷达系统的综合性能等。雷达半实物仿真在雷达系统研制过程中的不同阶段起着关键作用： 1. 雷达半实物在系统设计阶段的作用在雷达系统的设计阶段，雷达系统设计的主要任务是确定总体方
2、案、系统指标和各个分系统的指标。采用传统的方式对系统方案和指标进行验证，不仅准确性较低，而且设计周期会比较长。采用半实物仿真技术，可以使得对雷达设计性能的评估更加快捷和准确。2. 雷达半实物仿真在样机研制中的作用在样机调试中，采用雷达半实物仿真技术，可以为雷达各个分系统产生雷达目标特性、目标飞行航迹、接收机噪声、干扰、杂波等实验条件，而且可以单独对该分系统的性能和对外接口关系进行测试，大大缩短了系统的研制 时间。3. 雷达半实物仿真在交付使用阶段的作用在雷达系统交付使用阶段，雷达半实物仿真不仅可以为检测雷达系统的性能提供方便的评估手段，而且也为用户学习和熟练掌握雷达提供了各种作战环境。雷达半实
3、物仿真按模拟的频段可分为：射频半实物仿真、中频半实物仿真、视频半实物仿真。一般情况视频半实物仿真可通过一定的处理过程，转换成雷达中频半实物仿真和雷达半实物仿真。雷达模拟器就是雷达半实物仿真技术的应用。本文雷达半实物仿真主要研究雷达模拟器相关。2. 雷达半实物仿真研究状况2.1. 国外雷达半实物仿真研究状况从 70 年代起，雷达半实物仿真技术在发达国家普遍应用。美国陆军试验鉴定司令部的红石技术中心开发了模拟/试验验收设施（STAF ） 。这是一种半实物仿真模拟器，它能对真实的毫米波雷达制导导弹进行无损检测，导弹能在仿真的环境中利用多台计算机为基础的试验场景进行试验。这套设施主要由场景生成设备、三
4、轴滚动模拟器、控制计算机系统和模拟计算机系统以及紧凑的导弹试验装置组成。它可以截获导弹上发射的毫米波信号，通过时间延迟来模拟到达导弹的动态距离，通过对目标图像的标识，利用多普勒频移来计算弹体和目标的运动；可以实时地提供导弹的俯仰、偏航和滚动等运动；可以利用并行处理技术为复杂的目标标识图像建立模型；能在完成闭环模拟试验前，完成开环试验并描述导弹的特征。美国 Sensis 公司为满足复杂 3-D 空中防御雷达和空中交通控制雷达测试的强烈需求，研制了雷达动态环境半实物仿真模拟器。它是一种模块化、低成本、完全可重配置的和实时的雷达环境半实物仿真模拟器。该模拟器的主要特点是：实时环境下操作，可支持复杂仰
5、角扫描模式；可生成 20 个本地或远端控制的目标，支持在动态环境下由本地或远端操控台控制的导弹实时模拟；可生成多达3000 个无控制目标；与雷达主机的相位相关，可用于生成目标多普勒频率；借助于多重任意波形发生器生成复杂的不同频率的波形，支持目标、杂波、干扰和噪声的可重复设计的波形参数。因为目标波形、杂波、干扰及天气信息很容易在 MatLab、LabVIEW、MathCad 或 Excel 等软件中合成，因此重新在目标模拟器中配置这些信息变得非常简单。美国 KOR Electronics 公司研制了一种基于数字射频存储器的电子对抗与目标模拟系统，用于实验室、消声室或自由空间的雷达与引信测试。该系
6、统的核心部分是数字射频存储器。因为传输波形存储在数字射频存储器中，可在适当的时刻转发，它不需要同雷达连接来确定脉冲特征，所以该系统可以用于测试多种雷达和引信而不必设计新的硬件界面和软件。该系统产生的目标回波信息中还可包含多普勒频移、振幅调节（距离、雷达反射截面和闪烁）和雷达信号调制。瑞典 Microdata innovation 公司研制了 MI844 型目标模拟器 Error! Reference source not found.。该模拟器用于测试和训练空中导弹接近报警系统。它能够模拟 1 公里内近距离的可变速度和雷达反射截面的导弹；内置有 rx 和 tx 天线，28021446mm 的超
7、小尺寸，1.3kg 重，可以手持或固定在三角架上。英国生产的 TI-582-1A 型雷达信号发生器 Error! Reference source not found.，有与国际上通用的各种船用雷达接口，可产生 40 个活动的目标和 200 个固定点目标(海岸线、港口、水道、浮标等)。加拿大设计的 RIS 系统模拟器 Error! Reference source not found.，提供了适合于 PPI显示的雷达一次和二次模拟信号，如需要还可以提供同步雷达模拟目标跟踪。该系统利用了现代高速小型数字计算机，可以实时处理注入命令和目标响应。2.2. 国内雷达半实物仿真研究状况我国雷达模拟技术起
8、步较国外晚十多年，但自 80 年代以来，得到快速应用和发展。各研究院、所都在不同程度上进行了雷达视频信号模拟器的研制。原电子部 10 所于 1994 年采用单片 DSP 实现的高精度全可编程雷达视频回波模拟器 Error! Reference source not found.，可在视频上模拟正交的带限噪声、杂波和各种频率的多普勒回波信号。哈尔滨工业大学已开发出了基于 VXI 总线的通用跟踪雷达视频信号模拟器模块和 ISAR 模拟信号源。南京 14 所为提高视频信号模拟的实时性，现正在使用较先进的 Transputer 并行处理计算机和 INMOS 公司的链适配器芯片产品来实现跟踪雷达的视频信
9、号实时模拟器。华东电子工程研究所研制了一种通用雷达目标模拟器 Error! Reference source not found.，该模拟器由 DSP 电路产生所需要的回波信号，由通用计算机直接进行数据调度，利用打印机接口实现 PC 机向外设传送数据。1997 年北京理工大学电子工程系提出了一种通用雷达信号模拟器的实现方法 Error! Reference source not found.。该方法采用通用计算机产生雷达回波数据，利用计算机的 DMA 控制方式完成回波数据的传输，采用 D/A 变换器产生视频回波信号，并通过锁相环路产生中频回波信号。这种方法具有极大的灵活性和通用型，只要改变计算
10、机的软件，就可以实现不同体制雷达回波的模拟。北京理工大学雷达技术研究所近年来研制的“通用化引信回波仿真平台” ，解决了伪码调相脉冲多普勒引信的发射相干载波与伪码提取、极近距离点目标相位编码相关回波产生等技术难题。可以在研制和批生产阶段，对多种引信整机性能进行室内动态模拟测试与参数调整，辅助系统设计和生产，并在此基础上评估其主要性能指标，从而减少或部分代替外场绕飞、滑轨试验，提高研制水平，降低成本。能对多种体制的引信进行回波模拟，很好的解决了雷达视频模拟的通用化问题。1.1.1 雷达信号模拟器的主要功能雷达信号模拟器是模拟技术与雷达技术相结合的产物。它通过模拟的方法产生雷达回波信号，以便在实际雷
11、达系统前端不具备的条件下对雷达系统后级进行调试 Error! Reference source not found.。随着微电子技术、计算机技术和信号处理技术等在内的各种技术的发展，雷达信号模拟器的功能也越来越强大。具有以下功能 Error! Reference source not found.： 能够模拟目标的位置和速度； 能够模拟噪声、杂波、干扰等； 由于它本身模拟精度较高，所以它可以检测雷达的功能指标； 能代替飞机、气球校飞； 代替标校塔对雷达系统进行标定。尤其是海上工作的或机动性能较强的跟踪雷达或大口径雷达，它们不可能有标校塔或标校塔很复杂，这时用模拟器就可以解决标校问题，可以代替标
12、校网络； 可以轨迹重演。由于向模拟器输送的轨道参数可以任意给定，当所需用的参数输入以后，雷达就按照所需要的轨迹运转，并可对某一航路反复演练； 由于它具有上述功能，所以它可以做到故障再现，这样便于查找故障和维修。此外，如果增加一些功能模块，还能进行雷达电子对抗演练。1.1.2 实时雷达信号模拟器实现形式雷达信号模拟器实现形式宏观上可分为：模拟实现方式和数字实现方式。1. 模拟实现方式 Error! Reference source not found.Error! Reference source not found. 模拟实现方式分为：利用模拟器件工作特性法和延迟线法。利用模拟器件工作特性法灵
13、活性差、设计参数不易修改，因此，使用非常不普遍；延迟线法的延时精度高、线性度好，但其延时可调性差。2. 数字实现方式随着数字技术的进步，高速、超大规模集成电路的使用，雷达信号模拟器也越来越多地采用数字方式加以实现。数字方法是利用数字方法模拟生成雷达所需各种回波数据，传输至实时信号处理单元，经过实时信号处理后生成满足雷达系统时序要求的实时数字回波信号，再经变换及调制后输出。该方法的优点是设计灵活，通用性强，可以实现多种类型雷达回波的模拟。在数字实现方式中，雷达信号模拟器可根据数字信号处理的频段分为以下两种：1) 基于数字射频存储器(DRFM)存储技术的雷达信号模拟器数字射频存储器(DRFM)是一
14、种采用高速采样和数字存储器来存储射频与微波信号的新技术 Error! Reference source not found.。它能将接收到的雷达射频信号相位（频率）信息实时存储起来，经过一段时间延迟与变换后，再向雷达发射回去，具有相参捕获及复制威胁信号的能力，主要应用于电子对抗和雷达信号模拟等相关领域。目前，国外已经处于实用阶段，而我国还处于研制初期 Error! Reference source not found.。基于数字射频存储器(DRFM)存储技术的雷达信号模拟器的基本原理是：将输入的射频信号下变频为中频信号，经高速 A/D 采样后，将数字信号存储到高速数字存储器中。当需要再现这一信
15、号时，将存储的数据经高速 D/A 变换为模拟信号然后再上变频至原始射频。基于数字射频存储的模拟器对于多个散射点回波模拟，每个散射点需要一个通路，都要消耗一组存储、延时设备。因此，设备需求量大。2) 基于基带信号处理的雷达信号模拟器基于基带信号处理的雷达信号模拟器的原理：根据雷达参数，预先生成雷达回波数据，传输至基带信号处理板；将输入的雷达发射信号下变频为基带信号，经 A/D 采样后，得到的数字信号。当实时模拟开始后，将存储的数据与经A/D 采样得到数字信号经过数字处理后，经 D/A 变换为模拟信号，然后再上变频至原始射频。基于基带信号处理的优点是：系统数字信号处理部分对器件的要求相对较低，数字
16、处理部分相对灵活，技术成熟。目前，雷达信号模拟器多采用该方式。数字实现的实时雷达信号模拟器几种常见形式为： 运用 DMA 方式的雷达信号模拟器 Error! Reference source not found. Error! Reference source not found. 运用 DSP 的雷达信号模拟器 Error! Reference source not found. 运用 FPGA 的雷达信号模拟器 Error! Reference source not found. 基于直接数字合成技术的目标模拟器 Error! Reference source not found.通过对雷达信号模拟器实现方式的介绍，可以得出采用数字方法实现的基于基带信号处理的雷达信号模拟器具有可编程、可控性好、成本低、设计灵活、通用化程度高等优点。
