雷達視頻信號模擬器的硬件設計與實現

1 引言

雷達信號模擬技術根據信號注入點不同分為射頻信號模擬、中頻信號模擬、視頻信號模擬。信號注入點位置越靠前，模擬越復雜，越接近現實；信號注入點位置越靠后，模擬越容易，逼真程度越低。因此應根據實際需求選擇不同的模擬方法。目前，視頻信號模擬器多采用PC機+DSP組合架構。PC機離線產生所需的雜波、噪聲等數據，模擬器工作時，通過PCI接口或USB接口，將預先產生的數據由PC機實時傳輸至硬件電路指定的存儲空間。DSP調用相關數據，經實時運算生成視頻數據并存入輸出緩存，最終在同步信號的觸發下，經D／A轉換，生成視頻信號。

單片容量為4 G字節的Flash存儲器可為存儲雷達視頻模擬過程中所需的大量背景雜波數據提供了硬件基礎，而且Flash峰值讀寫速度達到40 M字節，能夠滿足大多數視頻模擬數據的吞吐量要求。這里的視頻信號模擬器正是基于這一條件設計的，整個系統使用PC機+DSP組合架構，但在視頻模擬過程中不再從PC機實時傳輸數據至硬件存儲單元，而是在生成視頻信號前，將預先產生的大量雜波、噪聲數據下載至硬件電路的Flash存儲器中，并在生成視頻信號的過程中，從Flash中讀取雜波、噪聲及目標參數。然后經DSP運算產生視頻數據，最終經D／A轉換器生成視頻信號。

這里提出的視頻回波模擬器可模擬某型導引頭雷達系統中的輸出、生成和差3個通道共6路視頻信號，用來調試對應的雷達信號處理器。

2 系統結構

該模擬器采用板卡式結構，由一塊主控卡、三塊視頻信號卡(每塊信號卡兩路，包括和差、俯仰及方位I，Q共6路信號)和一塊高速背板總線組成。主控卡與PC機通過USB接口通信，并通過同步串口與信號處理器通信，另外將信號處理器的PRT同步信號、搜索／跟蹤等同步信號接入背板總線。視頻信號卡根據上位機生成的雜波數據目標參數、航跡數據。生成視頻信號。為保證各路信號的一致性，所有視頻信號卡采用相同的PCB設計；整個背板總線包含并行總線和LVDS總線兩部分。前者用于傳遞同步信號及各卡的電源，后者作為命令、地址及數據傳輸路徑。圖1給出該模擬器的硬件框圖及其與雷達信號處理器的連接。電源卡用于給整個系統供電。

2.1主控卡

圖2給出主控卡的原理框圖。該卡以FPCA為中心控制單元，使用USB接口器件與上位機通信。FPGA控制USB單片機及LVDS收發器將上位機指令、地址及數據通過背板總線傳輸至視頻信號卡。另外，FPGA在其內部開辟緩存空間，通過USB接收上位機發送信號處理器的指令，通過同步串口將其轉為差分信號并發送至信號處理器。另外，信號處理器反饋至其相應的狀態信息，通過FPGA控制USB單片機上傳至上位機，實時顯示。

2.2背板總線