某雷达信号处理分系统的设计

摘 要 阐述了一种雷达信号处理分系统的设计方案，提出了分系统的性能指标，阐述了分系统的结构组成、功能、工作原理以及分系统中各模块的原理。分系统的设计贯彻模块化原则，设备体积小，可靠性高，工作性能较好。

【关键词】雷达 信号处理 设计

1 概述

信号处理分系统是雷达系统的重要组成部分。本文设计的信号处理分系统主要对雷达回波进行海空通道信号处理，完成对干扰的侦测、识别，通过一系列信号处理算法，降低干扰对雷达检测目标的影响，同时向发射机提供线性调频、非线性调频、相位编码等多种形式的全相参激励信号，向雷达各分系统提供相参时钟信号。

2 性能指标

相位噪声为-93dBc/Hz@1kHz；频率稳定度≤3×10 /ms；频率捷变时间≤2.5μS；脉冲压缩宽度≤0.4?s；具有线性调频、非线性调频、相位编码等信号形式；具有AMTI、MTD、捷变频等功能。

3 组成

如图1所示，本分系统主要由频率合成器、侦察变频、信号产生、信号处理及定时器等功能模块组成。频率合成器提供雷达各分系统需要的全相参标准频率及时钟信号等，产生各种形式的调频信号，输出射频激励信号送给发射分机；变频分机主要检测接收机带宽内干扰信号，通过控制频率合成器选择干扰功率最小的频率点工作；信号处理完成雷达回波信号的脉压、AMTI、MTD、视频积累等功能；定时器提供雷达各分系统工作所需的各种周期信号及定时信号。

3.1 模拟分机

模拟分机采用模块化设计，不同的模块对应相对独立的功能，主要包含有侦察变频模块、倍频模块、晶振模块、信号产生模块、电源模块等五个模块组成，完成频率合成及侦察变频等功能。

3.1.1侦察变频模块

侦察变频模块主要在自适应捷变频模式下完成雷达全工作带宽内的侦察，将全带宽内信号下变频至中频送数字分机处理。

从低噪声放大器辅路进入的射频信号经过滤波后进入混频器，数字分机的多功能综合处理模块控制五路由100MHz信号（来自晶振模块）锁相得到的一本振信号，分别选通与射频信号混频得到一中频，经滤波放大后，再与二本振混频并经滤波放大后得到信号送多功能综合处理模块进行处理。五路一本振分别选通后，即完成对雷达全工作带宽的侦察。射频信号和中频信号增益受多功能综合处理模块控制，以获得合适的通道增益及动态范围。

3.1.2倍频模块

倍频模块主要用于产生变频所需的一本振信号。倍频模块分为低标频信号产生部分和十六倍频部分，低标频的产生利用CPLD和专用DDS芯片在时钟的控制下产生所需低标频信号，经滤波放大后送16倍频器进行倍频，得到一本振信号。十六倍频采用独立模块设计，低标频电路采用DDS技术，相比传统直接式产生方法，DDS加倍频方式产生一本振更加便捷灵活，体积更小，性能优越，可靠性更高。

3.1.3激励信号产生模块

激励信号产生模块将来自多功能综合处理模块的中频信号，经过两次上变频、滤波、放大至一定的功率后经脉冲调制后作为雷达发射机的激励信号。模块中的微波混频、放大、调制、功分和耦合均集成在一个独立的模块中，以满足屏蔽的要求。

3.2 数字分机

数字分机的设计基于DDS信号产生技术以及高速高精度模/数、数/模转换技术，采用模块化设计，数字化处理，雷达的信号形式可选，干扰分析应用数字化综合分析方法，处理能力强，提高了雷达的抗干扰能力。

在硬件设计上，将中频信号采集、定时器、变频控制、信号产生及视频接口设计成一块多功能综合处理模块，信号处理模块采用XILINX V5系列的高性能FPGA芯片设计，运算速度更快，信号处理能力更强。

来自接收机的雷达中频回波信号，由多功能综合处理模块作中频采样，采样后的数据由背板，通过光纤传输至信号处理模块。信号处理模块接收到该雷达数字中频回波信号，作全数字化信号处理，信号处理后的雷达视频数据通过背板输出至多功能综合处理模块，经处理后送雷达终端。多功能综合处理模块主要完成全机定时控制、侦察与变频控制、复杂信号产生、STC控制、视频数据的选择与输出等。MIO板通过以太网负责与终端通讯，主要负责模拟和数字分机的故障检测及接收终端发送的控制命令等。

3.2.1信号处理模块

两块信号处理模块输出融合后的空、海通道视频信号至多功能综合处理模块，由操控选择后发送终端进行数据处理。信号处理板上布置两块SX5V95T模块，模块间采用LVDS、RocketIO互联，两块SX5V95T模块协同可以提供较大的处理能力，满足复杂信号的处理。125MHz时钟用作高速串行接口时钟，80MHz时钟用作系统工作时钟，设计两路千兆以太网接口和两路光纤接口用于数据传输与数据采集，提供和其他系统的高速接口能力。

3.2.2综合处理模块

综合处理模块主要由A/D采样、定时器、侦察与变频控制、中频信号产生及雷达信号视频接口组成。来自MIO的操控命令首先输入多功能综合处理模块，由定时模块同步后转发至相应功能模块。

3.2.2.1 数字中频采样与正交处理

在数字分机中，所有的A/D采样都位于综合处理模块，主要包含中频采样和侦察变频通道中频采样。中频A/D转换器负责对接收机中频进行数字化，中频A/D转换器采样频率为80MHz。

3.2.2.2中频数据传输

中频信号为60MHz，设计采样频率为80MHz，采样数据扩展到16bit。利用RocketIO进行数据传输，实际数据率为速率1.6Gb/S，能保证中频采集数据顺利通过背板传输至信号处理板。

3.2.2.3中频信号产生

调制信号的产生采取FPGA芯片加D/A转换器的方式来实现。由FPGA直接产生一个较低中心频率的波形，输出I、Q数据送给 D/A转换器，经过数字上变频、D/A输出、滤波得到所需的中频调制信号。本系统选取的高性能D/A芯片为具有16位的I、Q通道的D/A转换器，采用内插滤波器和数字正交调制技术相结合，提高输出信号的带内幅度平坦度。

线性调频的信号产生采用DDS的方式，通过写入初始频率及频率步进控制字的方式直接由FPGA产生I、Q两路数据，经由D/A转换器数字正交上变频、D/A后输出。相位编码信号由Matlab程序产生I、Q数据，存放在FPGA的内部Block RAM 内，通过FPGA将I、Q数据送入D/A转换器数字正交上变频、D/A后输出。

4 总结

本文设计的信号处理分系统主要完成对雷达回波信号进行信号处理，通过对干扰的侦测及一系列信号处理算法，降低干扰对雷达检测目标的影响，同时向雷达各分系统提供相参时钟信号，向发射机提供全相参射频激励信号。本信号处理分系统的设计贯彻模块化原则，充分利用现有的成熟技术，优化系统设计，使设备具有高可靠性、低失效率，使设备的性能、体积得到极大的改善。

参考文献

[1]赵国庆.雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

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作者单位

中国人民92785部队 河北省秦皇岛市 066200