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基于虛擬儀器的雷達信號模擬系統

摘要： 針對傳統專用的雷達信號發(fā)生系統通用性差的問題,，基于虛擬儀器技術，提出了通用的模擬雷達信號發(fā)生系統,，集成任意波形發(fā)生器和矢量信號源,。使用AgilentVEE設計程序，通過用戶軟面板對系統進行集中控制管理,，能夠靈活設置波形,，波形參數，中心頻率和輸出功率等參數,。并且方便系統集成和擴充,。

關鍵詞： 虛擬儀器雷達 VEE 模擬系統

Abstract：

Key words :

　　1 引言

　　傳統的雷達發(fā)射機，采用專用的信號發(fā)生模塊,，無法任意的設置波形形式、參數,，信號中心頻率,，信號功率等。在一定程度上限制了應用范圍,。尤其在雷達的預研和新技術的探索階段,，要對各種雷達信號進行實驗或評估，如果為每種雷達信號設計專用的信號發(fā)生模塊,，將極大的耗費成本,。如果使用虛擬儀器技術，集成高性能的商用測試儀器[1],，通過編程設計系統的功能,，可以有效模擬多種雷達信號，并以較大的靈活性對雷達信號的參數進行設置,，克服通用性差的問題,，滿足多種多樣的應用要求。

　　2 雷達信號發(fā)生系統

　　雷達信號產生原理方框圖如圖1所示,，基帶信號發(fā)生模塊利用D/A變換,，將數字存儲波形轉換為I/Q兩路基帶模擬信號輸出。I/Q調制模塊對I/Q兩路信號進行正交載波的調制，將信號中心頻率搬移到射頻或微波頻段,，系統最后的輸出就是所需的雷達信號,。

圖1. 雷達信號產生原理圖

　　3 基于虛擬儀器的雷達信號模擬系統

　　在雷達新體制的預研論證階段，利用基于虛擬儀器的雷達信號發(fā)生系統,，可以滿足應用需求,。利用任意波形發(fā)生器、矢量信號源以及脈沖信號源作為硬件平臺,，在Agilent VEE下開發(fā)虛擬儀器軟件進行控制,，實現了通用雷達信號發(fā)生系統的模擬。

　　3.1 系統的硬件結構設計

　　系統的結構圖如圖2 所示,，下面介紹各模塊的功能,。

圖2. 儀器的硬件連接

　　3.1.1 任意波形發(fā)生器

　　任意波形發(fā)生器通過數字存儲，數模轉換的功能完成基帶或中頻模擬IQ信號的輸出,。通過軟件控制,，任意波形發(fā)生器模擬基帶模擬信號發(fā)生模塊，實現如下功能：

　　1. 對脈沖波形的輸出進行回放控制,，實現單脈沖波形或脈沖波形序列的輸出,。

　　2. 并可以設置脈沖時間的寬度，脈沖內的波形參數（如頻率或帶寬等）,。

　　3. 脈沖時間寬度,，重采樣速率可以通過軟件進行設置。

　　3.1.2 矢量信號源

　　矢量信號源輸入I/Q信號完成正交調制,，上變頻的功能,。通過遠程控制實現如下功能：

　　1. 可以調節(jié)輸出雷達信號中心頻率以及輸出功率的大小。

　　2. 可以調節(jié)I/Q兩支路的幅度和相位平衡,。

　　3.1.3 脈沖發(fā)生器

　　脈沖發(fā)生器可以為雷達脈沖調制提供所需的觸發(fā)脈沖,，并進行脈沖重復頻率PRF 的設置。實現各個模塊之間的相參和同步,。

　　上述系統中的關鍵模塊是任意波形發(fā)生器和矢量信號源,。各大儀器產商都有相應的產品。為了驗證實現該系統,，我們選用了安捷倫公司的任意波形發(fā)生器 N6030A[2]和矢量信號源E8267D[3],，并選用該公司的81110A脈沖發(fā)生器[4]作為脈沖源。其中81110A和E8267D通過 GPIB總線與工控機連接,，N6030A則通過PXI總線與工控機相連,。工控機運行虛擬儀器軟件，通過PXI總線與GPIB總線分別與各個儀器通信,，實現對儀器的遠程控制,。

　　3.2 虛擬儀器軟件設計

　　系統軟件組成如圖3所示,，采用模塊化的程序結構，方便系統的升級和擴充,。儀器驅動程序是儀器功能控制函數以及儀器參數變量的集合,。儀器控制模塊是由程序定義的儀器驅動程序的子集，它將構建系統需要的儀器功能函數和參數從驅動程序中提煉出來,，以適合用戶的需求,。

圖3. 系統軟件組成框圖

　　3.2.1 VEE圖形化開發(fā)環(huán)境

　　虛擬儀器開發(fā)環(huán)境包括常見的應用程序開發(fā)環(huán)境如：VC++，VB,，MATLAB,，以及專門針對測試測量應用的圖形化開發(fā)環(huán)境：NI LabVIEW， Agilent VEE等,。

　　在開發(fā)過程中,，選用Agilent VEE （Virtual Engineering Environment）開發(fā)環(huán)境[5]。VEE采用面向對象的程序設計技術,，適合于測試和測量領域的系統仿真與儀表備優(yōu)化控制等應用,。它的主要特點有：對編程語言進行了的圖形化處理，采用數據流程圖方式編寫代碼,，編程效率高,。提供了豐富的儀器I/O驅動實現對VXI、GPIB,、PXI,、串口等總線接口的控制。提供了大量的函數庫,，并可以與C /C++,，MATLAB等進行混合編程。

　　3.2.2 基于驅動程序的儀器控制模塊設計

　　儀器驅動程序是實現儀器功能的控制函數和參數的集合,。它是軟件與儀器通信的橋梁。儀器都在出產時隨產品附帶了相應的驅動程序,，而虛擬儀器軟件建立在儀器驅動程序之上[6],，通過接收用戶操作面板傳來的用戶設置參數，實現豐富的信號設置功能,，完成自動控制的任務,。通過調用儀器驅動程序的接口函數 [7], [8], [9]可以設計出符合功能需求的系統。

　　圖4說明了軟件的流程,。軟件的功能包括儀器的尋址,，儀器間的相參設置，重采樣時鐘設置,，每一級輸出功率配置,，觸發(fā)源的選擇,，觸發(fā)脈沖PRF值的配置，輸出信號中心頻率的配置,，信號波形的建模,，數據生成和存取，以及波形的輸出回放控制,。其中波形回放控制部分是一個子進程,，其流程圖如圖5所示。它的功能是通過調用任意波形發(fā)生器驅動程序的函數,，控制任意波形發(fā)生器的波形回放過程,。兩個分支分別實現單一脈沖波形的輸出和脈沖波形序列的輸出。

圖4 虛擬儀器程序執(zhí)行流程圖