原创如何生成精确的调频载波和线性调频脉冲雷达测试信号？（一）

 2022-2-28 09:49  1215 9 9 分类: 通信文集: 射频测试

雷达系统工程师在很多领域里都对能够提供高速频率调制连续波（FMCW）和脉冲频率调制（FMOP）或“线性调频脉冲（chirp）”功能的RF/微波信号发生器具有较高的依赖性，特别是在高精度雷达系统（例如反欺骗和抗干扰）等应用中。为了获得可靠的FMCW和线性调频调制，通常会选择功能齐全的台式设备，但现在功能强大、便携且可编程的RF/微波信号发生器带来了一种低成本且灵活的替代方案。

偏远地区或恶劣条件下的挑战

调频连续波（FMCW）雷达技术是在20世纪50年代二战后发展起来的，旨在提供更好的雷达目标分辨率。雷达技术经历了稳步发展，从简单的线性FMCW到更先进的雷达技术，如使用脉冲压缩技术的相干脉冲雷达，这些技术产生了调频线性调频（FM chirp）、巴克码和其他更复杂的调制脉冲压缩雷达技术。然而，先前的雷达技术仍有其用途和优点，例如用于着陆过程中飞机高度测量的线性FMCW、汽车雷达、智能弹药传感器、以及海军战术导航雷达等。

在FMCW雷达和更先进的线性调频脉冲雷达的开发和测试中，具有扫频和线性调频调制的信号发生器是非常重要的，它也可以用于在实验室或现场开发和测试脉冲压缩技术和设备中。

考虑到大量FMCW和线性调频脉冲雷达使用微波和毫米波频段，如C波段、X波段和Ku波段，用于开发和测试这些雷达的大型台式测试设备具有丰富的内置功能和高昂的价格，维修和重新校准通常也很昂贵，此外，大型台式信号发生器是为实验室条件而设计的，在极端环境下通常不能正常工作。

对于许多空间受限且环境恶劣的应用来说，便携式信号发生器是一种更可行的解决方案。然而，目前大多数便携式信号发生器不能达到常见的FMCW和线性调频脉冲雷达波段，也不能提供任何形式的线性调频或脉冲调制。便携式且可编程的虹科信号发生器可以产生自触发和外部触发的线性调频调制、相位连续线性扫频和脉冲调制，且与具有相同功能的典型台式信号发生器相比具有更低的价格成本。

FMCW和线性调频脉冲雷达

FMCW调制与连续波（CW）雷达调制类似，但CW雷达的频率是线性或非线性增加/减少。常见的FMCW波形有锯齿波、三角波、方波和阶梯波调制，最常见的是锯齿波或“扫频”FMCW雷达。

FMCW调制是来自物体的接收信号与发射信号混合，产生与延迟成正比的中频（IF）频点，从而与物体的距离成正比，多个物体将产生多个频点，这些频点可以通过傅里叶变换进行分离和识别。FMCW雷达由一个相对简单的电路组成，包括发射机、接收机、FMCW合成器、混频器、数字化仪、信号处理器和显示器。对于无线电测高仪，中频信号直接发送到带有频率相关的模拟测高仪上，该测高仪在更高频率下表现出更大的感应阻抗（虽然不是线性的，但这仍然是确定相对高度的有效方法）。

与连续波相比，FMCW雷达能够同时测量目标的距离和相对速度，距离测量的精度比CW高得多，FMCW调制还可用于区分多个目标，只需要相对简单的电路就能实现，不需要任何峰值功率高的脉冲。

该技术的一个进步是将脉冲雷达概念与脉冲内调制/脉冲压缩相结合。脉冲雷达的性能得益于极高的脉冲功率和较短的脉冲宽度，然而，高脉冲功率和短脉冲宽度需要专门的高功率调制器和发射机，它们通常尺寸较大且价格昂贵，而通过固态技术，可以在成本节约的同时拥有更小的尺寸。

因此，脉冲内调制和脉冲压缩的使用允许在相对较高的功率水平下获得更长的脉冲宽度。脉冲压缩在较短的子脉冲段中处理较长的脉冲，从而减少长脉冲宽度脉冲雷达的距离分辨率损失。脉冲频率调制（FMOP）通常被称为“线性调频脉冲”雷达，线性频率调制也通常被称为线性调频信号。

线性调频脉冲雷达的其他优势是，通过脉冲压缩滤波过程，接收机中的宽带和随机分布噪声大大降低，这通常被称为脉冲压缩增益（PCG）。此外，脉冲压缩滤波器调整接收信号频率分量的相对相位，这实际上产生了比用标准雷达距离方程预测的更好的最大距离，这种现象被称为脉冲压缩比（PCR）。

调频连续波和线性调频脉冲雷达的性能取决于雷达部件的性能，因此，附加噪声/噪声系数、线性度、相位噪声和杂散谐波都是雷达系统中有源部件的关键参数，雷达发射/接收信号链中的任何主动和被动组件都有可能严重降低雷达系统的性能。

信号发生器的关键作用

FMCW和线性调频脉冲雷达在各种应用中非常常见，包括防空、海上导航、汽车高级驾驶员辅助系统（ADAS）和其他传感应用，许多传统雷达系统今天仍在飞机和军舰上使用，但它们需要进行维修和改装测试。

信号发生器是雷达测试的关键测试仪器之一，通常用于测量雷达接收机电路的性能。在野外测试雷达需要长测试距离和精确定位雷达目标，可以使用具有适当调制的信号发生器来模拟雷达目标。此外，高纯度信号发生器还可用于测试雷达接收机的信噪比（SNR），这可以用于确定雷达的最大距离能力，以及该能力是否符合给定雷达的规范。脉冲线性调频调制信号发生器也可用于测试雷达接收机的脉冲压缩电路，可以向脉冲压缩延迟线发送经过校准的压缩脉冲，并测量这些电路是否符合规范。

雷达接收机也可以在不同的信号条件下使用降级的雷达信号特性和噪声进行测试。这可以通过多个信号发生器实现，一个产生模拟雷达响应，另一个产生校准损伤，例如通道内和通道外干扰信号和噪声，这种类型的测试可用于确定雷达接收机的抗阻塞性和灵敏度。

雷达传输电路也可以用信号发生器代替雷达系统频率合成器进行测试，这样，雷达传输电路可以与频率合成器和调制电路分开进行测试和故障排除。

虹科HK-LMS-183DX USB可编程信号发生器是一款低成本、便携式、实验室可用的信号发生器，它提供100Hz频率步长、可配置线性频率扫描和0.5dB功率控制步长。虹科信号发生器通过与PC或自供电集线器的USB连接进行供电和控制，并可通过附带的图形用户界面（GUI）软件或使用提供的sdk进行编程。

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