1引言
雷達(dá)是無(wú)線電測(cè)向和測(cè)距，測(cè)距是其主要的功能之一，雷達(dá)是通過(guò)測(cè)試發(fā)射脈沖和目標(biāo)回波之間的時(shí)間差來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離的[1]。雷達(dá)模擬器的主要功能是逼真地模擬雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波。根據(jù)雷達(dá)模擬器的輸出頻率可以將雷達(dá)模擬器分為射頻雷達(dá)模擬器、中頻雷達(dá)模擬器及視頻雷達(dá)模擬器。在雷達(dá)模擬器中，目標(biāo)航路通常是由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算產(chǎn)生的。如何將實(shí)時(shí)計(jì)算的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬的目標(biāo)回波是設(shè)計(jì)雷達(dá)模擬器需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。對(duì)高重復(fù)頻率的雷達(dá)而言，由于存在距離模糊，雷達(dá)通常使用多個(gè)不同的重復(fù)頻率，這就要求回波模擬電路必須具備適應(yīng)不同重復(fù)頻率的功能，而且在雷達(dá)切換重復(fù)頻率的瞬間模擬電路必須能夠快速適應(yīng)。
我們?cè)谘兄颇撤N型號(hào)雷達(dá)模擬器的過(guò)程中遇到了以上問(wèn)題，為此設(shè)計(jì)了基于FIFO的目標(biāo)距離脈沖模擬電路，此模擬方案具有與
雷達(dá)發(fā)射脈沖頻率無(wú)關(guān)、自動(dòng)適應(yīng)雷達(dá)模擬發(fā)射脈沖頻率變化、適應(yīng)高重復(fù)頻率和易于使用EPLD實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
2基于FIFO的脈沖模擬電路
圖1是雷達(dá)測(cè)距原理圖。雷達(dá)接收機(jī)通過(guò)測(cè)量發(fā)射脈沖和回波脈沖之間的時(shí)延來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離，一般用下式表示：
（1）
式中，c為光速；T為發(fā)射脈沖重復(fù)頻率。雷達(dá)的最大單值測(cè)距范圍由其脈沖重復(fù)周期T決定。為保證單值測(cè)距，通常應(yīng)選取
（2）
式中，Rmax為雷達(dá)的最大作用距離。
圖1雷達(dá)測(cè)距原理
有時(shí)雷達(dá)重復(fù)頻率的選擇不能滿足單值測(cè)距的要求，例如脈沖多普勒雷達(dá)或遠(yuǎn)程雷達(dá)，這時(shí)目標(biāo)回波對(duì)應(yīng)的距離R為（m為正整數(shù)）
（3）
式中，τ1為測(cè)得的回波信號(hào)與發(fā)射脈沖間的時(shí)延。這時(shí)將產(chǎn)生測(cè)距模糊，如圖2所示，為了得到真實(shí)的距離R，必須判明式（2）中的模糊值m。
圖2雷達(dá)測(cè)距模糊（m=1）
常用的距離解模糊方法有多重復(fù)頻率解模糊和舍脈沖解模糊等方法[1]，在此不再贅述。
對(duì)有距離模糊的雷達(dá)回波模擬器而言，必須準(zhǔn)確地模擬每1個(gè)回波脈沖。如果使用記發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)m、再模擬τ1的方法，必須準(zhǔn)確知道雷達(dá)發(fā)射脈沖的周期T，否則會(huì)造成距離模擬誤差，而且此誤差隨目標(biāo)距離的增大而增大。我們?cè)陂_(kāi)發(fā)某種雷達(dá)模擬器的過(guò)程中設(shè)計(jì)了一種新的模擬方法，能夠克服以上缺點(diǎn)。
由1個(gè)計(jì)數(shù)器、加法器、比較器、FIFO以及相應(yīng)的控制電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如下圖3所示。
圖3基于FIFO的目標(biāo)距離脈沖模擬電路框圖
其設(shè)計(jì)的基本思想是：將目標(biāo)距離按時(shí)鐘頻率量化生成延時(shí)數(shù)據(jù)鎖存在鎖存器2中，利用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生1個(gè)循環(huán)的數(shù)值序列作為時(shí)間基準(zhǔn)，雷達(dá)每發(fā)射1個(gè)脈沖的同時(shí)，鎖存器1凍結(jié)，加法器將兩個(gè)鎖存器的輸出相加，其結(jié)果表示目標(biāo)回波應(yīng)該出現(xiàn)的時(shí)刻，在控制電路的控制下將加法器結(jié)果存入先進(jìn)先出（FIFO）存儲(chǔ)器；FIFO的輸出為下1個(gè)回波脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，它和時(shí)間序列在比較器內(nèi)進(jìn)行比較，如果兩者相等則說(shuō)明當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)該輸出1個(gè)回波脈沖，同時(shí)此脈沖又驅(qū)動(dòng)FIFO將下1個(gè)數(shù)據(jù)送到比較器，為下1個(gè)脈沖輸出作準(zhǔn)備。在整個(gè)工作過(guò)程中只用到雷達(dá)的發(fā)射脈沖。
下面以1個(gè)具體例子說(shuō)明其工作原理。
設(shè)時(shí)鐘頻率為20MHz（周期為50ns），計(jì)數(shù)器字長(zhǎng)16位，易知計(jì)數(shù)器每隔216×50=3276800ns溢出1次，此時(shí)間對(duì)應(yīng)距離為491.52km,即此電路模擬的目標(biāo)最遠(yuǎn)為491.52km；假設(shè)目標(biāo)處在100km外，因?yàn)闀r(shí)鐘周期為50ns，對(duì)應(yīng)的距離為7.5m，延時(shí)數(shù)據(jù)為100×103/7.5=13333；這個(gè)數(shù)據(jù)表明發(fā)射脈沖發(fā)出以后再過(guò)13333個(gè)時(shí)鐘周期回波應(yīng)該出現(xiàn)。假定第1個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)射時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為10000，兩者相加得23333，此值送到FIFO后，出現(xiàn)在FIFO的輸出端，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到23333時(shí)，比較器輸出1個(gè)脈沖?？梢?jiàn)整個(gè)電路的工作不需要知道雷達(dá)的重復(fù)周期。
當(dāng)沒(méi)有距離模糊時(shí)，F(xiàn)IFO在邏輯上和1個(gè)16位鎖存器等價(jià)，即FIFO的使用深度總為1；當(dāng)存在距離模糊時(shí)，第一個(gè)發(fā)射脈沖的回波還沒(méi)有出現(xiàn)時(shí)，第二個(gè)發(fā)射脈沖已經(jīng)發(fā)射，這樣第二個(gè)發(fā)射脈沖對(duì)應(yīng)的回波時(shí)間存儲(chǔ)
在下1個(gè)FIFO單元中，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)回波產(chǎn)生后，在控制電路的作用下將FIFO中下1個(gè)位置的數(shù)據(jù)送到比較器，為第二個(gè)回波的產(chǎn)生作準(zhǔn)備?？梢?jiàn)FIFO的深度決定了最大的模糊值mMAX。
顯然計(jì)數(shù)器和加法器的溢出不會(huì)影響距離模擬的準(zhǔn)確性，因?yàn)榧臃ㄆ鞯奈粩?shù)和計(jì)數(shù)器的位數(shù)是一樣的，只要目標(biāo)距離不超過(guò)最大模擬距離，則模擬就是準(zhǔn)確的。以上電路我們均已集成到EPLD中[2][3]（EPF10K10）FIFO使用兩片CY7C421[4]（512×9），經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，效果良好。
3提高距離模擬精度的方法
因?yàn)镋PLD及FIFO的速度有限，所以計(jì)數(shù)器時(shí)鐘不可能很高。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)鐘頻率接近器件的標(biāo)稱值時(shí)，整個(gè)電路工作不穩(wěn)定，實(shí)際使用時(shí)一般只能作到30MHz左右。這樣，模擬目標(biāo)的距離量化單位大概在5m以上。不適用于精度較高的雷達(dá)。
為此，可在以上電路的基礎(chǔ)上，再加一些修改，例如選用20MHz時(shí)鐘周期為50ns，距離精度為7.5m，如果按12.5ns量化即將距離量化單位改為12.5ns（1.87m）。將時(shí)延數(shù)據(jù)的高16位鎖存在鎖存器2中，則電路輸出量化單位仍為7.5m，根據(jù)低兩位數(shù)據(jù)，再對(duì)輸出的脈沖進(jìn)行延時(shí)（以12.5ns為單位），就可以將量化精度提高4倍，簡(jiǎn)單穩(wěn)定的方法是用EPLD中的門電路實(shí)現(xiàn)延時(shí)。
4結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的距離模擬電路是按照真實(shí)的目標(biāo)測(cè)距過(guò)程設(shè)計(jì)的，其延時(shí)精度高，工作穩(wěn)定，對(duì)雷達(dá)的要求低（只需雷達(dá)提供發(fā)射脈沖）且不受雷達(dá)變重頻、扣脈沖的影響。經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，效果良好。