不同雷达目标生成器的构架、设计要求和准则 （二）

带宽决定雷达中的距离分辨率或频率捷变雷达的运行。更大带宽不仅提供更高的距离分辨率，频率捷变雷达系统也需要高带宽。因此，目标生成器的带宽必须至少覆盖忠实再现波形需要的带宽。

相位噪声性能和信号保真度非常重要，因为性能不佳或信号保真度下降会引起重发信号失真或产生额外相位噪声。例如，只有在良好的相位性能条件下，雷达才能探测到缓慢移动的目标。如果目标生成器有高附加相位噪声，此雷达目标生成器可能限制测试雷达真实性能的能力。

为了模拟延迟和多普勒，在大多数现代雷达目标生成器中数字化是必不可少的。雷达信号被捕获、数字化、处理、转换成模拟信号并经适当衰减后被重新发射。有效位数（EffecTIve Number Of Bits， ENOB） 和无杂散动态范围（Spurious-Free Dynamic Range， SFDR） 是定量评价模数转换器（ADC） 质量的指标。它对于接收输入雷达信号和再现雷达回波信号极为重要。

其他技术参数，如最小 / 最大距离或多普勒、目标或测试场景数量，主要取决于雷达目标生成器的信号处理性能、架构和基带处理能力。

今天的雷达工程师使用下列不同种类的雷达目标生成器。

光纤延迟线（FDOL）

在雷达系统测试和测量中使用光纤延迟线（FODL） 已经有几十年了，例如，用于测量雷达系统的相位噪声，以及为无线电系统和雷达系统的户外距离测试模拟可重复性信号。这些相对灵活、相位相干的小型系统将雷达的射频信号转换成光信号并借助一定长度的光纤线对其进行延迟，然后再将经过延迟的光信号重新转换成射频并发射给雷达。一些系统能够引入多普勒频移，如图 2 所示。

图 2、简化的光纤延迟线（FODL） 框图

光纤中光信号的相速率大约为 5 μs/km，同时损耗在 0.5 dB/km 量级。因此，能够实现皮秒（ps） 量级非常细微的距离范围。光纤延迟线的带宽非常高。它主要受限于多模光纤的模态色散，在 GHz/km 范围。在单模光纤中调制带宽受限于材料的色散，对于有非常低色散的波长，调制带宽可达 100 GHz/km ［1］。在低射频频段动态范围受限于量子噪声，而在高射频频段受限于非线性过程［3］，并随着信号带宽增加线性降低［1］。一旦加入多普勒频率，无杂散动态范围取决于其他参数，并且常常会有数十分贝的减小。虽然可将多普勒频移调制到射频信号上，光纤延迟（距离） 长度是恒定的，不能实际生成移动目标。

光纤延迟线有多个优点。它的延迟不随频率变化，对振动不敏感，能够在很大程度上屏蔽电磁干扰，此外光纤延迟不辐射能量。而且，可重复模拟、低系统成本和节约时间更是重要优势。需要极高近载波相位噪声性能的测试，如固定目标抑制（Fixed Target Suppression， FTS） 测试，能够通过光纤延迟线很好地实现。然而，光纤延迟线不能生成时变距离 - 多普勒目标，也不能提供连续距离设置或任意信号衰减和增益。

射频数字存储设备（DRFM）

在测试和测量中射频数字存储设备可用于雷达目标模拟。这类系统以数字方式处理雷达信号。射频数字存储设备下变频、滤波和数字化收到的射频信号。数字化的信号接着被保存和 / 或修改。然后此数字信号被重新转换成模拟信号，并使用下变频时相同的本振（LO）混频到射频频率。信号经过放大后被重新发射出去，这就是整个信号处理链条。这种方法如图 3 所示。

图 3、简化的射频数字存储设备（DRFM） 系统框图

护干扰机（Airborne Self-ProtecTIon Jammer， ASPJ），由它引申出 Joint Vision 2010。它的研发始于 1979 年；然而在 1992 年项目被叫停［6］。ASPJ 能够覆盖从 0.7 GHz 到 18 GHz 的频段，后来演变为从 1 GHz 到 35 GHz。单台设备平均造价 1.27 百万美元［4］。

目前可得到的有关射频数字存储设备的商业和公开信息显示，这些系统可以覆盖高达 40 GHz 的频率范围，瞬时带宽高达 1.4 GHz、数字化位数为 12 位、最小延迟为 90 ns、无杂散辐射动态范围为 65 dBc。然而，受技术能力限制，这些技术数据很难在单台 DRFM 中同时实现。例如，大多数宽带 DRFMs 都大大降低了信号保真度，使用的数字化远低于 12 位，或者干脆仅为研究目的建造。

引入的最小延迟主要受限于模数转换（ADC） 和数模转换（DAC） 数模或模数转换需要一定的周期并取决于带宽和位数。此外，信号处理导致雷达回波信号需增加大量处理周期。现今典型的最小距离延迟范围从低于 100 ns 到低于 1 μs。

在射频数字存储设备中，重要的是要知道模拟射频信号在数字域中如何表示（幅度、相位、I/Q） 以及量化位数，因为正是这些因素主要决定了信号保真度。由于雷达可以尝试区分目标信号和电子对抗（Electronic Counter Measure， ECM） 信号，Electronic Counter Measure 的另一个关键点是无杂散动态范围（SFDR） （由 ADC 表征）。无杂散动态范围取决于有效比特位数（ENOB） 以及部件的非线性和噪声。

虽然带有相干目标回波返回的高信号保真度射频数字存储设备或许适合雷达测试，但它可能无法通过良好的用户界面来产生各种条件和场景雷达目标。这类非常专业的设备常常价格不菲，并且由于灵活性受到限制而不能全面测试雷达性能。DRFM 的技术性能规格和确切成本很难从商业市场上获得。按照美国国防部（DoD） 估计，单个射频数字存储设备模块价格从 15 万美元到 70 万美元，具体取决于它的性能［5］。

商用化（COTS） 测试和测量设备

商用化测试和测量设备如今也能生成雷达目标，基本上采用射频数字存储设备所用类似的方式，通过射频下变频、基带数字处理和射频上变频。

该雷达目标生成器由使用商用化测试和测量设备的接收机（射频信号分析仪） 和发射机（射频信号发生器） 构成，它们通常用作分析或生成射频信号的独立设备。当组合使用时，这两种仪器可作为雷达目标生成器工作。

商用化雷达目标生成系统工作在 100 kHz 到 40 GHz 频率范围，在规定的频段以高达 160 MHz 的带宽接收任何类型的射频雷达信号，并将信号转换成同相和正交相移数据（I/Q 数据）。I/Q 数据传送到信号发生器的基带输入端，在基带，按照用户指定值添加时间延迟、多普勒频移和衰减。然后，由信号发生器将雷达回波信号重新发射到雷达，如图 4 所示。

图 4、典型商用化测试设备组成的实时雷达目标生成器（R&S®SMW200A 矢量信号发生器及 R&S®FSW 信号和频谱分析仪）。

这类测量设备的一个优点是优异的射频性能，这适合在研究、开发或生产期间进行额外的雷达参数测试。这种灵活、模块化的方法使得矢量信号发生器或信号和频谱分析仪还可用于其他的测试环境中。