雷达回波模仿器可以在试验室环境下模仿发生雷达实践作业中所接收到的回波信号，在雷达体系规划、调试、测验、练习和保护等作业中发挥着不行代替的效果[1-3]。跟着电子技能的日益前进，雷达体系正在向多形式、多通道、高分辩等方向开展，对模仿器的通用性、实时性等方针提出了更高的要求[4]。
模仿器一般可以分为软件模仿、硬件模仿及软硬结合等三种完结办法。软件模仿具有成本低、灵敏性强等长处，但实时性差，一般不能直接用于雷达体系的实时调试和测验[5]。硬件模仿一般选用波存储回放技能，实时性好，但通用性差，不能满意参数杂乱多变的状况[6-7]。软硬结合办法以通用核算机为主控渠道，以高功用嵌入式处理器为运算单元,在具有杰出实时性的一起，可以习惯杂乱的仿真环境,是使用最为广泛的模仿办法[5,8]。
FPGA作为高功用数字信号处理体系中的要害器材，在雷达信号模仿中有着巨大的开发潜能[9-11]。但是，受制于开发难度与开发周期，在传统的模仿器中，FPGA多用于逻辑功用、时序信号和对外接口的操控，其强壮的并行处理才能没有得到充分使用。
本文以FPGA为中心构建了一种通用的雷达回波信号实时模仿体系。该体系选用FPGA作为回波信号模仿的运算单元，充分使用了FPGA资源丰厚、并行处理才能强的特色，提高了体系的实时性；选用System Generator开发回波模仿程序，大大下降了开发难度，并明显缩短了研发周期。选用规范工业总线及模块化规划，通用性、兼容性和可扩展性强，可以使用于不同体系、不同规划的雷达体系模仿中。
1 体系计划
通用雷达回波实时模仿器（以下简称“模仿器”）由上位机、微波链路和回波模仿单元组成，体系框图如图1所示。上位机完结人机交互、体系操控、状况监督等功用。微波链路包含下变频和上变频模块，用于完结射频信号与中频信号的转化。回波模仿单元完结中频信号收集、数字下变频（DDC）、方针模仿、杂波模仿、搅扰模仿、数字上变频（DUC）和数模转化等操作，是整个体系的中心模块。
模仿器遵从规范结构规范，选用cPCI规范总线，可依据实践需求扩展体系规划，为工程使用供给了便当。为了习惯不同速率、不同类型的信号传输，体系内部选用多种互联办法。PCI总线用于传输操控指令及慢速信号，自定义总线用于高速数据流的传输，同步守时总线用于体系的时序操控，如图2所示。
作为模仿器的重要组成部分，回波模仿单元以高功用FPGA为中心构建，用于完结DDC、回波模仿、DUC等功用；一起配以高速A/D和D/A芯片，用于信号收集与回波信号的播映。回波模仿单元由多块信号处理板组成，单板的逻辑框图如图3所示，FPGA选用2片Xilinx公司的XC6VLX240T。芯片选用40 nm技能，密度高、功耗小，片上具有丰厚的逻辑和I/O资源，并集成了很多的信号处理单元（DSP48E），可以满意杂乱的回波模仿运算及对外接口的需求。两片FPGA经过自定义互联接口完结高速数据通信，用于传输中心成果。ADC选用ADC08D1500，最高采样率可达1.5 GHz，可以满意中频宽带信号的采样要求。DAC选用ADI公司的AD9736，最高时钟频率为1.2 GHz,具有杰出的输出信号功用。
2 FPGA模仿软件规划与完结
雷达回波信号是方针回波、杂波、搅扰以及噪声等叠加后的成果。不同的雷达体系，对方针、杂波、噪声及搅扰的建模办法有所不同。关于雷达导引头，可以仅考虑单点方针，只需模仿方针的速度、加速度、间隔和功率等信息即可。关于杂乱的高分辩雷达体系，则要求模仿器可以更为详尽地模仿方针回波信号，如动方针、一维间隔像及面方针等。
图4给出了方针回波模仿软件的功用框图。该软件可以模仿点方针以及扩展方针的回波信号。中频输入信号在完结DDC后作为回波模仿的基带基准数据，一起用于确认波门和载频。多普勒核算模块依据设定的方针运动信息及测频成果核算每个方针的多普勒频率。波门信息与方针推迟信息相结合，用于确认回波信号的方位。复乘模块在基准数据上参加推迟、多普勒调制和起伏调制后得到基带回波数据，再经过DUC后经过DAC播映，即可得到中频回波数据。
因为信号处理板卡具有2片FPGA，因而需求将上述各运算模块别离映射到相应的FPGA中。如图4所示，第一个FPGA完结数字下混频、测频、推迟复乘等功用，第二个FPGA完结扩展散射点推迟、各点相对多普勒复乘、数字上混频等功用，发生一个简略方针或一个扩展方针。为了下降开发难度、缩短开发周期，运算模块均选用System Generator开发。
噪声模仿的完结办法如图5所示。首要发生高斯白噪声随机序列，FFT后依据噪声带宽进行加窗，得到噪声序列的频谱，然后做IFFT，得到时域模板序列。对这个模板序列进行随机移位叠加，终究依据测频成果进行DUC，将噪声移到必定的载频上。依据实践噪声带宽的需求，可以挑选不同宽度的窗函数，操控调频噪声的带宽。
将上述运算进程生成的方针回波、噪声、杂波和搅扰信号叠加后，即可得到终究的雷达回波信号。
3 体系验证
别离选用接连波信号和脉冲信号对体系的功用和功用进行测验。接连波状况下，需求测验模仿器的输出功率、杂散按捺、动态规模、多普勒信号操控功用等方针。脉冲状况下，需求测验模仿器的模仿精度、多方针及搅扰模仿才能等方针。
图7给出了接连波状况下某典型频率的输出信号实测成果。可以看出，输出点频信号的频率与输入信号相差所设定的多普勒频率，杂散电平很低，满意一般雷达体系的要求。表1给出了主要方针的实测成果，包含输出功率、、杂散按捺、输出动态规模、多普勒信号频率规模与多普勒频率精度等。
图8给出了脉冲状况下的输出信号，表2给出了主要方针的实测成果。
本文介绍了一种根据FPGA嵌入式体系的雷达回波实时模仿器。使用FPGA资源丰厚、并行运算才能强的长处，提高了体系的集成度与实时性；选用System Generator开发FPGA软件，大大下降了开发难度与开发周期；经过灵敏装备FPGA软件，可以完结不同体系雷达回波的模仿，具有较强的通用性和扩展性。试验成果表明，该模仿器可以满意雷达体系半什物仿真的需求，其相关技能代表了雷达回波模仿器未来开展的一个方向，并可使用于其他类型的回波模仿中。
