儀器及新型控件在雷達構建物摹擬體系的運用
系統組成框圖本仿真系統的核心是軟件部分,通過軟件建模與仿真,將完成雷達系統的建模以及目標、雜波、干擾、多路徑等場景的仿真,并將仿真的場景按雷達具體參數形成數據文件并預存到磁盤陣列中,用于信號的實時回放,這種方法的重要特點在于,該軟件系統是基于數據的仿真,不同于數學模型的仿真軟件,后者必須要將復雜的數學模型經過簡化和特性抽取,變成實際的物理信號,然后才能提供給射頻設備,進行半實物仿真。對于前者則只需要將產生的雷達回波數據下載到矢量信號發生器就可以實現物理級射頻信號的回放。該種方法對用戶而言,關心的重點是雷達的系統參數:中心頻率、脈沖重復周期、脈沖寬度、中頻帶寬、發射功率、系統帶寬、天線增益、3dB波束寬度、天線轉速、天線方向圖、系統損耗、系統噪聲系數、接收機自動增益控制(AGC)、靈敏度時間控制(STC)等,其他的工作交由仿真系統完成。
通過參數的定義與輸入,形成的雷達場景的仿真將為雷達設計師對設計指標的評定和測試提供數據源,模擬雷達實際作戰環境下的各種態勢,如多目標、電子對抗以及強雜波環境等,通過模擬這些目標和干擾,得到外場飛行試驗很難復現的復雜射頻環境,將有利于提高雷達系統的ECCM能力和對抗有源電子干擾的能力。
ADS仿真軟件的主要特點本系統充分利用AgilentADS在射頻仿真方面的強大功能進行數字雷達仿真,同時,考慮到與儀表的互連性,將被測系統(雷達系統)的數據回讀,并與仿真的數據進行比較,最終完成系統的設計驗證工作。
在ADS中的雷達設計指導中,已有連續波雷達、巴克碼雷達、線性調頻雷達、單脈沖雷達等模板。這些雷達模板包括:波形產生、發射機、天線、接收機、頻綜、波形分析與處理等模塊,通過這些模塊的有機組成,可以模擬雷達系統的工作狀態和目標檢測能力,同時,通過雷達參數的調整和修改,可以動態分析雷達系統性能指標,如作用距離、距離分辨率、速度分辨率、角誤差跟蹤精度、信號改善因子、檢測概率、雜波抑止能力等系統指標。
由于雷達系統仿真的復雜性,它需要在射頻和基帶信號處理兩部分進行聯合仿真,因此,寄希望用一套仿真軟件來完成所有功能是困難的,而采用ADS和Matlab兩種仿真軟件,分別完成射頻部分仿真和基帶信號處理部分仿真,并通過軟件接口協議,完成雷達系統的混合仿真,這將為雷達系統提供非常好的建模與仿真環境,用戶只需要進行自定義的算法和需要進行的設計輸入,就可以構建自己的虛擬雷達系統,這在方案論證階段十分重要,同時,當系統調試階段發現局部存在問題時,可以先在計算機上輸入雷達參數進行計算,對系統或分系統甚至器部件進行診斷,相信該種方法將十分有利于縮短故障判斷的時間。
結束本文提出這套仿真系統的重要意義在于:在雷達系統方案設計階段,盡可能采取利用系統仿真的手段進行設計和論證,從而避免了產品在方案論證階段的盲目性,同時,采用系統仿真的設計方法,可以在沒有投入硬件之前對系統的指標進行分配和優選,這樣將確保設計方案的可行性,避免了因方案論證階段考慮不周,而導致系統參數進行重新設計;在系統聯調和驗證階段,采用仿真軟件加測試儀器產生激勵信號,對雷達系統、分系統、部件進行半實物仿真測試,并將測量結果通過儀器總線采集回計算機,與仿真的結果進行比較,完成雷達系統的設計驗證。這將為在研和預研項目性能評估和功能驗證提供一種簡潔和高效的測試方法。
軟件雷達、虛擬雷達的概念已經出現,國外已經有采用儀器和軟件構建的雷達,如LockheedMartin公司研制的一種用于無人機使用的低成本Ka波段SARISAR雷達,其核心部分是Tektronix610任意波形發生器。因此,我們應當注重儀器在雷達等軍用電子系統的應用,同時,重視COTS級EDA仿真軟件的開發,使之為我們在系統設計和開發方面提供便利,并與儀器儀表組成有效的半實物仿真系統,提高系統的設計水平。
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