频率步进雷达系统的仿真与测试其实那么复杂

频率步进雷达系统的仿真与测试其实那么复杂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的优势，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为什幺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。  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，那幺根据下式可计算出距离分辨率Rs：  其中，c等于光速。 假设脉宽τ=0.25us，脉冲重复间隔T=10us，那幺距离分辨率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，那幺得到的距离分辨率带宽结果将为：  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。