频率步进雷达系统的仿真与测试

2014-08-30 13:55:55来源: eefocus 关键字:频率步进雷达  SFR  目标回波  杂波

任何雷达接收机接收到的回波信号都包含目标回波和背景杂波。要在包含背景杂波的环境中探测目标,雷达系统必须具有远距离和宽范围的分辨能力。过去一般使用 短脉冲波形和宽带调频脉冲来实现这一目标。不过,这种方法需要采用非常复杂的系统体系结构,而且由于用到宽带接收机,所以实施成本较高。另一种方法是采用 频率步进雷达(SFR),它能够在不增加系统复杂程度的同时分辨远距离目标,在无损测试和地面搜索应用中表现出色。

SFR可以在频域中合成频率步进脉冲回波,以获得更宽的信号带宽;使用跳频实现高分辨率和高信噪比。凭借高分辨率和低成本优势,频率步进雷达现已广泛应用于商业与航空航天/国防(A/D)领域。不过,受地面、建筑物和植物等物体反射的背景杂波的影响,很难对SRF接收机性能进行准确的分析。因此,仿真变得尤为重要。它可帮助设计人员精确设计、验证和测试真实环境中的SFR系统,因此,它是设计人员不可或缺的重要工具。

了解 SFR

为了更好地了解SFR为什么能提供如此先进的能力,我们首先以图1(最左侧图像)所示的脉冲雷达波形为例进行说明。

左侧是脉冲雷达波形,右侧的图像为SFR波形(电子工程专辑)
图1:左侧是脉冲雷达波形,右侧的图像为SFR波形。

假定脉宽为τ,信号带宽为f0 = 1/τ,那么根据下式可计算出距离分辨率Rs

(<strong电子工程专辑) src="data:image/jpeg;base64,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">

其中,c 等于光速。

假设脉宽τ=0.25us,脉冲重复间隔T=10us,那么距离分辨率Rs=37.5m。要实现小于1m的分辨率,根据式(1)可知,必须减小脉宽,比如 T=3.9ns。由此得到的距离分辨率将为0.58m,在不改变4MHz信号带宽的情况下,新系统带宽将比原始系统带宽宽250ns/3.9ns=64 倍。

为了实现0.58m的高分辨率,同时不缩短脉冲持续时间,可以使用SFR。如图1所示,频率步进雷达以固定的脉冲重复频 率(而非固定的雷达频率)发射N个脉冲序列。与脉冲信号不同,频率步进波形序列中的所有脉冲都具有相同的脉宽和持续时间,但载波频率不同。该频率可通过 f_i=f_0+N×dF计算得出,其中 dF 指频率增加量,表明使用了跳频和时分。

假设使用N次步进的频率,脉宽和脉冲重复仍然是τ=0.25us和 T=10us,其N=64,与前面的例子一样,dF=4MHz,那么得到的距离分辨率带宽结果将为

(电子工程专辑)

 

从结果中显然可以看出,SFR具有较高的距离分辨率(小于1m)。另外,它不必缩小分辨率,因而适合此情景中的脉冲雷达。

SFR设计与测试平台

在SFR雷达中,杂波将会干扰目标探测,增加发现实际数量目标的难度,甚至使雷达无法探测到较小目标。能够在杂波条件下分析目标探测的封闭式分析解决方案极 其罕见。由于对这些类型的情景进行分析极为重要,所以仿真成为关键,就像使用平台解决方案仿真真实环境中的SFR系统一样。该平台还可用于对SFR系统进 行验证和测试。配有测试环境的仿真平台必须包含回波信号雷达横截面(RCS)和背景杂波,

为了更好地了解如何使用这种平台来 设计、验证和测试SFR系统,下面提供了一个SFR设计模板。工程师可以为自有系统定制SFR设计模板,然后在平台中运行仿真,以测试设计的性能。当设计 仿真与测试设备结合使用时,仿真平台也可充当测试平台,对SFR元器件硬件进行测试。例如在设计SFR系统在地面杂波背景下探测两个目标回波时,可使用该 平台进行仿真和硬件测试

[1] [2]

关键字:频率步进雷达  SFR  目标回波  杂波

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0830/article_9413.html
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