基于FPGA和DSP的雷达模目信号设计

摘要：在雷达信号处理分系统调试时，经常用到模目信号。为了获得实时多波束雷达模目信号，提出一种基于FPGA和DSP的产生方法，利用FPGA产生时序及控制，DSP实时计算出所需要的回波，这样即使在没有阵面数据的情况下，仍然能够调试信号处理部分。该设计模块使用简单方便，只需通过终端键盘输入参数，即可实时产生所期望的回波，非常适用于雷达研制前期和系统联试时查找问题，而且模块做在脉压板上，不需要单独的插件。
关键词：雷达模目信号；FPGA；DSP；回波

0 引言
雷达系统在研制过程中，各部分往往是并行的，在调试信号处理分系统时，如果天线没做好，就得不到阵面送下来的回波数据，这时调试就无法正常进行。为了解决这一问题，往往先设计一个模目信号，把信号处理分系统调试好，待其他分系统也调试好后，再切换为正常接收模式，进行系统联试。
本文介绍了一种模目信号设计方法，利用FPGA产生时序及控制，DSP实时计算所需要的回波，从而实现对雷达目标回波的模拟，这样可以在没有阵面数据的情况下，使信号处理分系统调试能够正常进行，从而不影响科研进度，做到有问题早发现。

1 系统原理
由于要调试的是PD体制雷达，所以要模拟的信号是带有多普勒频移的雷达目标回波。这里雷达发射波形为线性调频信号，其时域表达式为：

式中： A为振幅；τ为脉宽；；μ为调频斜率；fo为载频；φo为初相。那么当雷达对空照射时，如果遇到目标，就会产生回波，回波是受目标调制了的发射信号，所以通过和发射信号相比较，就可获得目标的相关信息，在此仅考虑目标相对雷达匀速径向飞行的情况。当回波被雷达接收后，经过解调，得到的将是带有多普勒频移的线性调频信号，由于已假设目标沿径向匀速飞行，所以回波信号相对于发射信号来说，在相位上仅时间的一次项改变，即发生了多普勒频移。回波的时延反映目标的远近，幅度反映目标的散射截面积。
通过以上分析可知，要产生模目信号，可以通过改变发射信号(未调制至载波)的频率中心、时延和幅度这三个参数来实现，通过对这三个变量的控制，就可模拟出目标的径向速度、径向距离以及雷达散射截面积。

2 系统方案
由于模目信号可以通过改变发射信号得到，又发射信号的波形已知，所以可以通过对发射信号进行实时变换，来模拟所期望的回波。系统实现如下：为了解距离和速度二维模糊，雷达设置了N种重频，每种重频的脉宽不同，在系统带宽(其决定雷达的距离分辨率)一定的情况下，每种重频发射信号的点数为：脉冲时宽×系统带宽，此点数也就是目标回波的点数，这样就可以预先把发射波形存于DSP内存，然后根据系统控制字，取出需要的波形，再在DSP中实时计算出所需要的模目信号。模目信号需要系统时序来同步，系统时序如图1所示。

图1中BW为雷达波位脉冲，CPI为相干脉冲导前，FR为单个脉冲信号。系统会在每个CPI到来时打入系统控制字，告诉信号处理分系统阵面ID、工作模式、CPI代码等信息，信号处理分系统会根据收到的控制字来进行相应的工作，模目距离和模目多普勒也会在系统控制字中给出，这样就可在系统时序同步下，根据所收到的控制字产生模目信号。