本文对宽带雷达目标回波模拟算法进行了详细的理论分析、算法设计和仿真计算,并进行了现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现与实验验证。主要贡献和创新工作如下:(1)研究和分析了宽带雷达目标回波的特性和数学模型及目标实时模拟方法,分析了距离和速度、幅度等雷达回波信息模拟实现方法,研究了目标散射截面起伏模型,并对宽带雷达目标回波重构的数学模型进行了分析。(2)研究并设计了两种低累积相位误差、低杂散输出的多路并行宽带线性调频信号的生成算法,在带宽50MHz～1GHz时,杂散抑制性能均有较大提高,达到-50d Bc;提出了一种待编码数据长度实时可控、相位精度达0.009°的相位编码信号的生成算法,给出了详细设计步骤;在此基础上,提出了一种线性调频与二相编码复合调制信号的快速生成算法。利用Modelsim、Matlab对算法进行了模拟仿真。(3)对宽带雷达目标实时模拟算法进行了研究,基于ISE14.7开发平台,对目标散射特性调制模块、多普勒频率调制模块、目标距离延时等模块进行了FPGA设计,给出了各模块设计框图和原理分析。设计了各模块的控制逻辑,优化了各模块之间的时序关系,保证了算法的稳定性。针对高分辨雷达的需求,提出了一种延时精度达0.4ns的高精度回波延时设计方法,使算法性能得到较大提高。(4)利用8路并行计算的方式实现了高达2.5GHz数据率的实时目标模拟算法,通过仿真实验,证明算法计算精度高,能同时对16个散射中心进行回波模拟。该算法适用于运动目标,目标距离最大为300km,分辨率≤0.5m;多普勒频移范围达2MHz,分辨率达到1Hz,杂散抑制性能好。(5)采用宽带低杂散数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory,DRFM)系统作为硬件实现平台,完成了复杂调制雷达发射信号的生成算法和宽带目标实时模拟算法的功能及指标测试。实验结果表明,信号生成算法能生成带宽50MHz～1000MHz、杂散性能优于-50d Bc的宽带线性调频信号和位宽可控、相位精度达0.009°的二相编码信号,证明了算法的可行性及高效性。宽带目标实时模拟算法实现了对散射中心多普勒频率范围在-10KHz～1MHz之间、多散射中心之间多普勒频率间隔为1KHz的多普勒调制。又以某战斗机目标为例,模拟了其目标回波和高分辨率一维距离像,实验结果证明,信号的瞬时带宽为1GHz时,目标模拟信号脉冲压缩后的一维距离像分辨率达0.28m,证实了宽带目标实时模拟算法的计算精度和实时性。
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