技術(shù)背景
近年來，隨著雷達技術(shù)的快速發(fā)展，以低截獲概率(Low Probability Interception, LPI)雷達為代表的各種新體制雷達在戰(zhàn)場上得到了廣泛的應(yīng)用。戰(zhàn)場電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜、信號類型變化多樣，如何通過單機實現(xiàn)超寬頻段覆蓋？ 如何克服內(nèi)存大小對場景模擬時間的限制？ 如何快速構(gòu)建復(fù)雜雷達信號環(huán)境？如何快速構(gòu)建完成雷達信號中五大常規(guī)參數(shù)：載頻(Carrier Frequency, CF)、脈沖寬度(Pulse Width, PW)、脈沖幅度(Pulse Amplitude, PA)、到達時間(Time of Arrival, TOA)和到達角(Direction of Arrival, DOA)組成的脈沖描述字(Pulse Description Word, PDW)？AnaPico 的APVSG-X系列多通道相參矢量信號發(fā)生器為您提供了解決方案！

PDW信號生成的挑戰(zhàn)
過去用于雷達PDW信號生成和測試的信號源的頻率范圍覆蓋0.5-18GHz, 近年來，頻率范圍的需求已經(jīng)擴展為100kHz-40GHz, 這樣在一個輸出通道中就可以模擬各種不同頻段的雷達信號。
除了要求很寬的頻率范圍，電子戰(zhàn)系統(tǒng)測試用的信號源必須具有很快的頻率和幅度切換速度，這樣才能模擬工作于不同頻段，不同模式的各種類型的雷達。
雷達測試對信號產(chǎn)生的需求總結(jié)如下：

• 每秒可產(chǎn)生數(shù)以千萬計的脈沖;
• 非常大幅度捷變的范圍；
• 長時間場景的模擬；
• 自適應(yīng)模擬：根據(jù)待測電子戰(zhàn)系統(tǒng)；
• 支持脈沖描述字（PDW）以及脈沖描述字的實時傳輸；
• 支持常見的線性調(diào)頻和巴克碼調(diào)制，調(diào)制帶寬足夠?qū)挘?/li>
• 諧波，鏡像，雜散足夠小；
• 時間分辨率對產(chǎn)生精確的脈寬，脈沖重復(fù)頻率，到達時差非常重要，需要足夠小的時間分辨率；
• 切換速度：頻率捷變，幅度捷變，使用最少的信號源產(chǎn)生最大的脈沖密度;
• 模擬到達角(DOA): 需要支持多源同步；

AnaPico公司APVSG-X系列多通道相參矢量信號發(fā)生器

兩年前，AnaPico推出了單通道和多通道型號的APVSG系列矢量信號發(fā)生器（VSG）。這些產(chǎn)品的主要特點是：

• 可輸出100kHz~40GHz的寬帶性能和500MSa/s的數(shù)據(jù)處理能力，支持400MHz瞬時信號帶寬；
• 512MSa內(nèi)部存儲器，每個樣本32位，支持順序和波形段ID選擇性回放；
• 快速頻率和幅度切換小于100ns（帶內(nèi)）和1μs（全頻帶）；
• 支持相位相干和相位相干切換以及相位記憶功能；
• 快速控制端口（FCP），用于快速調(diào)制參數(shù)設(shè)置和高達250MSa/s的數(shù)字 IQ 數(shù)據(jù)流；
• 2U標(biāo)準(zhǔn)機箱支持4路獨立可控但具有相參關(guān)系的信號通道輸出；

上述功能組合能夠靈活地生成相位和時序精確的多通道相參雷達信號。AnaPico還開發(fā)了用戶友好且具有成本效益的軟件，以支持AnaPico多通道APVSG上的雷達信號生成。

圖1：AnaPico單通道（左）和多通道相參（右）矢量信號發(fā)生器

脈沖描述字（PDW）
測試?yán)走_的工程師需要能夠生成多個脈沖流，每個脈沖支持?jǐn)?shù)十個參數(shù)，如頻率、幅度、相位、脈沖寬度、時間位置和脈沖內(nèi)調(diào)制或啁啾。表 1 總結(jié)了描述單個雷達脈沖的典型參數(shù)集，稱為脈沖描述字（PDW）。PDW描述了一部接收機看到的每個脈沖所攜帶信息的重要特征。PDW列表將完整描述雷達脈沖流。
在多發(fā)射機的環(huán)境，你可以通過去脈沖去交織技術(shù)來分離來自不同發(fā)射機的脈沖串。換句話說，可以根據(jù)不同的參數(shù)和脈沖間的一致性把脈沖描述字分組，對于重疊的脈沖基于用戶定義的優(yōu)先級來處理（例如，發(fā)生重疊時處理最強的信號）
多面雷達天線陣列需要額外的參數(shù)來進行多方面面表征。對于這些陣列，解決相對相位穩(wěn)定性的通道間相位相干性變得很重要。相位相干切換（通道之間的相對相位存儲在存儲器中）和通道間時序精度也是關(guān)鍵參數(shù)。

PDW信號生成模式
AnaPico的APVSG矢量信號發(fā)生器支持兩種不同的模式來生成PDW。這些模式通過VSG內(nèi)的電路實現(xiàn)。圖 2 顯示了兩種PDW相關(guān)操作模式的框圖。

圖2：PDW列表播放的操作模式

模式1：PDW序列回放
在這種模式下，可以通過以太網(wǎng)或USB通信端口將預(yù)編譯為數(shù)據(jù)格式的PDW列表上傳到APVSG內(nèi)部存儲器中。在回放過程中，每個PDW按順序?qū)崟r轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的調(diào)制參數(shù)。這將產(chǎn)生調(diào)制雷達信號流，并且可以使用多通道APVSG回放精確時序的PDW序列甚至是PDW嵌套序列。

圖3：PDW序列和嵌套序列回放

模式2：流式傳輸模式 PDW（實時數(shù)據(jù)）
在此模式下，各個PDW通過APVSG FCP高速數(shù)據(jù)接口按順序?qū)崟r饋入APVSG內(nèi)部存儲器，以便立即回放，如模式1中所述。

圖4：APVSG中FCP功能圖及PDW流式傳輸?shù)氖疽鈭D

APVSG主要功能和性能
為了生成近似于真實序列的雷達脈沖序列，許多特征和方面都很重要。快速切換是一個關(guān)鍵參數(shù)。VSG 必須支持從小于1微秒到幾微秒的脈沖寬度。頻率啁啾速率受400MHz調(diào)制帶寬的限制。在1μs脈沖寬度下，可以產(chǎn)生接近400MHz/μs的線性調(diào)頻速率，并具有出色的信號質(zhì)量。
相位相干性是另一個重要功能。對于多通道VSG來說，要實現(xiàn)正確的雷達波束角規(guī)格，相位相干性成為最相關(guān)的特征。多通道的APVSG在運行數(shù)小時內(nèi)的相位差變化在產(chǎn)生5GHz輸出信號的兩個通道之間只為0.3° RMS。
通道之間的確定性相位差對于在雷達運行期間維持角度信息至關(guān)重要。對于給定的頻率和功率設(shè)置，通道之間的相位差不會改變，即使電源電源打開和關(guān)閉也是如此。這稱為相位相干切換，如圖 5 所示。紅色正弦信號是參考通道。藍色信號切換到不同的頻率并且存在相位偏移，但是當(dāng)兩個信號返回到相同的頻率設(shè)置時，藍色信號與紅色信號保持相同的相對相位。
多通道APVSG在整個工作頻率范圍內(nèi)支持精度高達+/-1ps RMS的精細(xì)延遲。這允許以精確的時序生成多個雷達信號流。VSG中的功能稱為時序精確的多通道觸發(fā)。獨特的延遲機制可實現(xiàn)這種精細(xì)的觸發(fā)延遲調(diào)整。有效分辨率是采樣時間的一小部分，通常小于1/2000。這相當(dāng)于不到1ps，硬件采樣時間為2ns。圖 6 顯示了精細(xì)延遲設(shè)置功能。

圖5：APVSG相位相干切換示意圖

圖6：APVSG在相同的啁啾信號上設(shè)置延遲

結(jié)論

AnaPico公司的APVSG多通道相參矢量信號發(fā)生器具有快速捷變、相位相干、相位相干切換和時序精確操作等特點。這些VSG允許用戶在雷達和電子戰(zhàn)應(yīng)用場景中輕松生成通用和真實的脈沖信號。PDW的多個列表可以從內(nèi)部存儲器或通過快速控制端口實時流盤播放。
AnaPico的APVSG矢量信號發(fā)生器主要指標(biāo)如下：