目標(biāo)模擬按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)區(qū)分有兩種：獨(dú)立結(jié)構(gòu)和分立結(jié)構(gòu)。獨(dú)立結(jié)構(gòu)脫離雷達(dá)系統(tǒng)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用較廣，在一定范圍內(nèi)具有通用性，但成本較高；分立結(jié)構(gòu)又稱為自主式結(jié)構(gòu)將目標(biāo)模擬各主要部件耦合到整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)中，綜合成本低，對(duì)于相似體制的雷達(dá)系統(tǒng)具有借鑒意義。
    按照電路實(shí)現(xiàn)形式來(lái)區(qū)分，目標(biāo)模擬可分為3類(lèi)：全模擬實(shí)現(xiàn)，全數(shù)字實(shí)現(xiàn)，數(shù)模結(jié)合實(shí)現(xiàn)。全模擬實(shí)現(xiàn)信號(hào)易受干擾，調(diào)試?yán)щy；全數(shù)字實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)量巨大，存在量化誤差。所以，數(shù)模結(jié)合成為模擬目標(biāo)的主流電路實(shí)現(xiàn)形式。
    目標(biāo)模擬根據(jù)模擬的信號(hào)節(jié)點(diǎn)來(lái)區(qū)分，可以分為：輻射式與注入式。兩者最根本的區(qū)別在于，前者經(jīng)過(guò)天線發(fā)射，而后者不經(jīng)過(guò)天線，直接將包含目標(biāo)信息的信號(hào)灌回接收系統(tǒng)。注入式模擬信號(hào)只受到內(nèi)部熱噪聲影響，信號(hào)可重現(xiàn)性良好，所以大部分信號(hào)模擬都采用注入方式。注入式目標(biāo)模擬又可分為目標(biāo)基帶信號(hào)模擬，中頻視頻信號(hào)模擬，高頻信號(hào)模擬等。
    文中介紹的方案由DSP根據(jù)點(diǎn)跡信息計(jì)算控制量，F(xiàn)PGA產(chǎn)生目標(biāo)基帶信號(hào)，利用雷達(dá)原有結(jié)構(gòu)調(diào)制發(fā)射信號(hào)。整個(gè)方案可以總結(jié)為“分立結(jié)構(gòu)+數(shù)模結(jié)合+基帶信號(hào)模擬”。

1 模擬目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
1．1 總體結(jié)構(gòu)
    圖1所示為某雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中虛線框是為實(shí)現(xiàn)模擬功能增加的部件，去掉這些部件即是一不包含模擬功能的常見(jiàn)PD雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖。點(diǎn)劃線框是為了實(shí)現(xiàn)模擬目標(biāo)功能需要進(jìn)行控制的部件。

    正常工作時(shí)，工作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到發(fā)射機(jī)端，多普勒調(diào)制開(kāi)關(guān)短路，120 MHz信號(hào)未經(jīng)多普勒調(diào)制，上變頻后脈沖調(diào)制，進(jìn)入發(fā)射機(jī)。接收回波時(shí)，高頻信號(hào)經(jīng)接收機(jī)放大，下變頻，由信號(hào)處理機(jī)檢測(cè)出目標(biāo)信息，送數(shù)據(jù)處理機(jī)，進(jìn)行濾波、預(yù)測(cè)、跟蹤。
    模擬工作時(shí)，工作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到接收機(jī)端，信號(hào)不經(jīng)過(guò)發(fā)射機(jī)直接注入和差網(wǎng)絡(luò)的一端，信號(hào)通過(guò)和差網(wǎng)格形成幅度幾乎相等的和差兩路信號(hào)送接收機(jī)。DSP計(jì)算目標(biāo)信息，并根據(jù)目標(biāo)信息得出各模擬部件的控制量，由FPGA輸出。對(duì)原來(lái)輸出到脈沖調(diào)制器的調(diào)幅信號(hào)和0／π編碼調(diào)相信號(hào)延時(shí)輸出，延時(shí)多少根據(jù)目標(biāo)距離信息決定。多普勒調(diào)制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，120 MHz信號(hào)包含可編程的多普勒信息，上變頻到發(fā)射頻率后交由接收機(jī)處理。雷達(dá)采用S曲線法測(cè)角，因此通過(guò)控制和，差增益以及數(shù)控移相器來(lái)模擬角度信息。
1．2 信號(hào)描述
1．2．1 總站同步信號(hào)
    圖1中信號(hào)(1)為脈沖積累周期信號(hào)，信號(hào)(2)為脈沖重復(fù)周期信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)，信號(hào)(3)為編碼調(diào)相信號(hào)，三者時(shí)序，如圖2所示。脈沖積累周期由Ⅳ個(gè)脈沖重復(fù)周期和準(zhǔn)備時(shí)間構(gòu)成。編碼調(diào)相信號(hào)與脈沖重復(fù)周期信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)同步，信號(hào)(6)與信號(hào)(10)是信號(hào)(2)與信號(hào)(3)的輸出信號(hào)，用于調(diào)制發(fā)射波形。正常工作時(shí)，信號(hào)(6)與信號(hào)(10)轉(zhuǎn)自信號(hào)(2)與信號(hào)(3)，模擬工作時(shí)數(shù)據(jù)處理機(jī)將這兩個(gè)信號(hào)根據(jù)目標(biāo)距離延時(shí)后輸出。

1．2．2 模式切換信號(hào)
    圖1中信號(hào)(4)為雷達(dá)工作模式切換開(kāi)關(guān)，用于控制經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)制的高頻信號(hào)的走向。正常工作時(shí)信號(hào)輸出到發(fā)射機(jī)，模擬工作時(shí)信號(hào)直接輸出到和差網(wǎng)絡(luò)形成內(nèi)回路。信號(hào)(5)為120 MHz開(kāi)關(guān)，來(lái)選擇是否加入速度多普勒信息。模擬時(shí)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，將多普勒速度調(diào)制到120 MHz上。
1．2．3 模擬目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
    一個(gè)模擬目標(biāo)的參數(shù)包括延時(shí)(距離)，多普勒頻率(速度)，和差兩路信號(hào)幅度比(角度)，以及和路信號(hào)幅度(雷達(dá)截面積)。
    信號(hào)(6)為延時(shí)信號(hào)，用于模擬目標(biāo)距離。根據(jù)目標(biāo)距離信息，將總站脈沖重復(fù)信號(hào)延時(shí)后輸出，延時(shí)為
    t=2r／c (1)
    其中r為模擬目標(biāo)的距離，將光速c代入式(1)得
    t=r／150 (2)
    延時(shí)t的單位為μs。同時(shí)延時(shí)的還有圖1中信號(hào)(10)，信號(hào)(10)是將總站編碼調(diào)制信號(hào)延時(shí)后的信號(hào)，在時(shí)序上與信號(hào)(6)對(duì)齊。信號(hào)(6)與信號(hào)(10)構(gòu)成了脈沖調(diào)制器的輸入，這兩個(gè)信號(hào)將調(diào)制載波，輸出到和差網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)(6)，信號(hào)(10)輸出波形及時(shí)序，如圖3所示。

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    圖1中信號(hào)(7)為多普勒調(diào)制信號(hào)，用于模擬速度。該信號(hào)為一模擬信號(hào)，輸入到多普勒調(diào)制模塊。多普勒調(diào)制模塊包含一個(gè)電調(diào)移相器，將120 MHz連續(xù)波按輸入信號(hào)控制移相后輸出，輸入信號(hào)從O V開(kāi)始，0 V移O相位，輸入12 V移2π相位，最終將多普勒頻率調(diào)制到了120 MHz上。特定速度的遞增電壓值為

     P=6△ψ/π         （3）

    其中△ψ為在相鄰兩個(gè)脈沖間隔內(nèi)，即一個(gè)脈沖重復(fù)周期Tr內(nèi)由于速度產(chǎn)生的相位變化，其大小為

    根據(jù)式(7)計(jì)算出的信號(hào)(7)，F(xiàn)PGA根據(jù)信號(hào)(7)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。其波形及時(shí)序見(jiàn)圖3，圖中為了清晰起見(jiàn)，只描繪了短碼情形。信號(hào)(8)，信號(hào)(9)與信號(hào)(12)分別控制和差通道信號(hào)幅度與差路相位來(lái)實(shí)現(xiàn)角度模擬。雷達(dá)采用S曲線測(cè)角，正常工作時(shí)，這3個(gè)控制量固定。模擬目標(biāo)工作方式下，輸入到接收機(jī)的和差兩路信號(hào)幅度相等。此時(shí)，控制差路信號(hào)增益，產(chǎn)生不同的和差通道幅度比，來(lái)模擬波束內(nèi)的相對(duì)角度?？刂撇盥废辔?，來(lái)模擬目標(biāo)相對(duì)于波束中心的左右偏極性。對(duì)于頻掃雷達(dá)而言每個(gè)頻點(diǎn)都對(duì)應(yīng)了一個(gè)中心角和一條s曲線，要模擬某個(gè)角度，首先找到覆蓋該角度的頻點(diǎn)，然后查S曲線，得出差和增益比為

   
    其中θ為欲模擬角度，θc為查得頻點(diǎn)的中心角，Sc為該頻點(diǎn)的s曲線，對(duì)于負(fù)比值(左偏)的目標(biāo)還要控制移相器進(jìn)行180°的移相來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩路增益具體值的選擇有兩個(gè)原則：一是保證和差兩路信號(hào)不飽和；二是和增益要固定。前者能保證進(jìn)入信號(hào)處理機(jī)的信號(hào)不失真，后者保證進(jìn)入信號(hào)處理機(jī)用于檢測(cè)雷達(dá)截面積的信號(hào)幅度只受信號(hào)(11)控制，這樣在需要模擬目標(biāo)等效截面積時(shí)只需要控制信號(hào)(11)即可。
    信號(hào)(11)為激勵(lì)幅度控制，該信號(hào)用于模擬目標(biāo)的雷達(dá)截面積?？紤]施威林起伏，由文獻(xiàn)知，4種起伏模型是由兩種脈間相關(guān)性與兩種概率密度函數(shù)兩兩組合而成，兩種相關(guān)性即快變化與慢變化的模擬可以由激勵(lì)衰減器控制字的快慢變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，此處給出雷達(dá)截面積兩種隨機(jī)分布的實(shí)現(xiàn)。
    I、Ⅱ類(lèi)施威林模型的截面積服從參數(shù)為σ指數(shù)分布，σ是不起伏的雷達(dá)截面積，根據(jù)文獻(xiàn)，可得其雷達(dá)截面積為

   
    其中，F(xiàn)-1 1為指數(shù)分布的分布函數(shù)的反函數(shù)，u是0到1上的均勻分布隨機(jī)變量，可以用混合同余法獲得其隨機(jī)序列。
    Ⅲ、Ⅳ類(lèi)施威林模型服從參數(shù)m=2，β=σ／2的愛(ài)爾朗分布，根據(jù)文獻(xiàn)，可得其雷達(dá)截面積為

   
    u1與u2分別服從0到1上的均勻分布，且相互獨(dú)立。
    根據(jù)文獻(xiàn)，雷達(dá)回波信號(hào)幅度可寫(xiě)為

   
    Ki為第i個(gè)頻點(diǎn)照射時(shí)的雷達(dá)模擬常數(shù)，可以通過(guò)試驗(yàn)獲得。具體方法為：在一定距離處模擬目標(biāo)，設(shè)置激勵(lì)衰減控制字產(chǎn)生可控的和通道幅度，從信號(hào)處理機(jī)獲得雷達(dá)截面積，再反推出雷達(dá)模擬常數(shù)。有了雷達(dá)模擬常數(shù)，根據(jù)式(12)就可以計(jì)算出帶有起伏的和路信號(hào)幅度。[!--empirenews.page--]

2 結(jié)束語(yǔ)
    運(yùn)用上節(jié)結(jié)果，在某雷達(dá)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了模擬目標(biāo)航跡，下圖為雷達(dá)處于模擬工作下的顯控截圖。文中針對(duì)具體雷達(dá)系統(tǒng)，提出了以“分立結(jié)構(gòu)+數(shù)模結(jié)合+基帶信號(hào)模擬”為特點(diǎn)的雷達(dá)目標(biāo)模擬方案。該方案利用了原有雷達(dá)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，將各獨(dú)立部件耦合到原有雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)件中去。實(shí)際證明，該方案能較好的實(shí)現(xiàn)模擬目標(biāo)功能，節(jié)約了綜合成本，增加了雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)的手段。