唐学军，秦晖，周隆亮
西南电子设备研究所 四川 成都 610036
【摘要】雷达对抗装备的测试、训练、试验和评估需要各种体制的雷达脉冲作为激励信号。本文介绍了一种基于FPGA的复杂体制雷达脉冲产生方法，可利用FPGA内部存储器资源，通过控制逻辑产生常规脉冲、重频参差、重频抖动、脉宽组变等各类雷达脉冲信号。
关键字：雷达脉冲产生 FPGA 信号模拟
1 前 言
雷达对抗装备作为一个开环系统，在其研制、生产、使用的全生命周期内均需要各种体制的雷达脉冲信号作为激励信号。
传统的雷达脉冲产生方式要么硬件规模大，要么产生的雷达脉冲体制单一[1]，不能满足新一代试训模拟产品小型化、可编程的新需求。
为满足雷达对抗装备全生命周期内的内外场测试、训练、试验和评估需求，本文介绍了一种基于FPGA的硬件架构实现复杂体制雷达脉冲产生的方法，通过FPGA的内部存储器资源及逻辑资源，构建参数可定制的雷达脉冲产生逻辑电路，搭配上后端的频率合成器等微波组件，即可实现各类体制的雷达脉冲信号模拟。
采用本文介绍的雷达脉冲产生方法，由于使用了基于可编程逻辑器件的硬件架构，相对传统雷达脉冲产生方式，硬件规模小，可编程能力强，对于雷达信号模拟设备的小型化、多功能集成具有重要意义。
2 基于FPGA的雷达脉冲产生方法
2.1总体设计
采用“基于FPGA的复杂体制雷达脉冲信号产生方法”的设备，其组成如图1所示，主要由CPCI单板机、PCI接口芯片、参考时钟、FPGA、频率合成器、PIN开关等组成。CPCI单板机主要实现将人机交互输入的参数通过PCI接口芯片传递给FPGA，频率合成器根据FPGA输出的频率控制字和幅度控制字产生对应的连续波信号，PIN开关在FPGA输出的雷达脉冲控制下，将连续波信号切割为所需的各种体制的雷达脉冲信号。
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图1 雷达脉冲产生实现框图
雷达脉冲信号产生实现的关键主要在于FPGA中的逻辑设计，主要包括两个方面的内容，一是实现雷达脉冲产生，用于控制PIN开关实现雷达脉冲切割，二是产生与雷达脉冲同步的频率控制字、幅度控制字用于控制频率合成器产生对应频率和幅度的射频信号。
2.2 雷达脉冲产生方法
基于FPGA内部双口RAM资源，通过端口1写入雷达脉冲参数，通过端口2按信号产生时序输出雷达脉冲、前导脉冲以及脉冲频率控制字、幅度控制字等控制信号。
1、参数加载
FPGA内部设置4片双口RAM，分别用于存储频率控制字FREQ，幅度控制字AMP、脉冲重复间隔PRI以及脉冲宽度PW等雷达信号参数；下面对雷达信号参数根据信号类型来分别进行定义说明：
对于常规脉冲雷达信号，“存储器内有效数据个数”置为1，“脉组数”置为1，脉宽、脉冲重复间隔、脉冲幅度、脉冲频率参数分别放入对应存储器的首地址PW[0]、PRI[0]、AMP[0]、FREQ[0]；
对于重频参差雷达信号，以N参差，脉组数为M为例，“存储器内有效数据个数”置为N，“脉组数”置为M，PW[0]~PW[N-1]均放入同样的脉宽参数、AMP[0]~AMP[N-1]均放入同样的脉冲幅度参数、FREQ[0]~FREQ[N-1]均放入同样的脉冲频率参数、PRI[0]~PRI[N-1]依次放入N个脉冲重复间隔参数；对于重频抖动雷达信号，可以根据设定的抖动范围计算出N个脉冲重复间隔参数，其余与上述一致，不再赘述；
对于脉宽组变雷达信号，以N组变，脉组数为M为例，“存储器内有效数据个数”置为N，“脉组数”置为M，PRI[0]~PRI[N-1]均放入同样的脉冲重复间隔参数、AMP[0]~AMP[N-1]均放入同样的脉冲幅度参数、FREQ[0]~FREQ[N-1]均放入同样的脉冲频率参数、PW[0]~PW[N-1]依次放入N个脉冲宽度参数；
对于频率捷变雷达信号，可以根据设定的频率捷变带宽及捷变规律计算出若干个频率值，以频率值个数为N，脉组数为M为例，“存储器内有效数据个数”置为N，“脉组数”置为M，PW[0]~PW[N-1]均放入同样的脉宽参数、PRI[0]~PRI[N-1]均放入同样的脉冲重复间隔参数、AMP[0]~AMP[N-1]均放入同样的脉冲幅度参数、FREQ[0]~FREQ[N-1]依次放入N个频率参数。
2、脉冲产生
首先，读取PW[0]、PRI[0]值，通过计数器产生第一个脉冲，且当前脉组周期内，脉冲数+1；
产生脉组周期内脉冲数等于脉组数，地址+1，读取存储器中下一组PW、PRI值，产生下一个脉组周期内的脉冲；
产生脉组周期内脉冲数等于脉组数，且当前地址等于存储器内有效数据个数，地址回零，持续第一步的操作。
2.3 频率控制的实现方法
由于频率合成器频率合成以及幅度稳定均需要一段时间，故此还需要产生一路前导脉冲，前导脉冲与雷达脉冲之间时序固定，提前雷达脉冲输出，前导脉冲到达时输出频率控制字和幅度控制字，保证雷达脉冲到达时，频率合成器已经输出稳定的频率和幅度。
3 测试和验证
基于本方法，结合某项目开发的雷达信号模拟器，对本文提出的基于FPGA的复杂体制雷达脉冲信号产生方法进行了测试验证。
通过FPGA开发平台Xilinx ISE自带分析工具ChipScope获取重频参差、脉宽组变的脉冲时序输出关系。
通过检波器对雷达信号模拟器输出信号进行峰值检波，使用高速示波器实测输出的雷达信号脉冲。基于FPGA的复杂体制雷达脉冲信号产生方法实现的雷达信号模拟器，其产生的各体制雷达信号经测试天线阵辐射输出，经某探测装置接收后，均能被其正确侦收和识别。
试验证明，采用本文介绍的雷达脉冲信号产生方法，可产生多种类型雷达脉冲信号，能经济高效的支持电子对抗装备测试验证。
4 结束语
本文提出了基于FPGA的复杂体制雷达脉冲信号产生方法，并在某雷达信号模拟器上进行了验证，证明了该方法有效。
本文介绍的方法在信号模拟方面具有如下优势：首先适应性和可扩展性好，仅需对运行于CPCI单板机的软件进行适应性修改，调整下发的各类参数，即可快速实现对多种体制的雷达脉冲信号模拟；其次，有较好的经济性，通过开发新增FPGA功能逻辑即可兼容TACAN[2]、IFF[3]以及数据链信号[4]的模拟，实现单台设备的多功能集成。
参考文献
[1] 周思宁.雷达模拟信号系统的谐波抑制和脉冲产生[J]. 合肥炮兵学院学报， 1995，15（1），45-49.
[2] 张朋.基于FPGA的塔康中频信号模拟器设计[J]. 电子测量技术， 2008，31（8），186-189.
[3] 郭恒.多目标模拟IFF信号源－基带信号生成单元系统设计[D]:[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2014.43-44.
[4] 张允.Link16数据链信号模拟[J]. 舰船电子对抗， 2013，36（6），84-85，89.