Разработка методов цифрового формирования отраженных сигналов для полунатурного моделирования автономных бортовых радиолокационных систем с переменными параметрами имитации
Аннотация
Перед разработчиками РЛС стоят всё более и более ресурсоемкие задачи из-за повышения требований к тактико-техническим характеристикам разрабатываемых устройств и снижением времени разработки и тестирования до введения в эксплуатацию. Надежность таких устройств является ключевым фактором разработки, поскольку от корректности работы РЛС зависят многие человеческие жизни. Это делает этап верификации РЛС ключевым перед введением в эксплуатацию, ему уделяется особое внимание. Применение ПЛИС позволяет обеспечить достаточно производительный тракт цифровой обработки, обладающий обширным запасом гибкости для расширения функциональности аппаратных средств верификации. Разработан принцип имитации доплеровского рассеяния отраженного радиолокационного сигнала в реальном времени на основе свертки с сигналом доплеровского рассеяния заданной формы спектра с регулируемой в процессе работы шириной. Разработана структура генератора прямого цифрового синтеза, предназначенная для получения сигнала допплеровского рассеяния в реальном времени с возможностью изменения ширины спектра в процессе работы, оптимизированная для реализации на базе ПЛИС. Предложен новый метод управления степенью корреляции между сигналами на выходе цифровых каналов генератора прямого цифрового синтеза (методом свертки с радиолокационным сигналом) с учетом дискретности формирования импульсной характеристики отражения согласно модели колец дальности. В дополнение к теоретическим исследованиям предложенных методов на математических моделях проведены исследования и верификация работы имитатора формирования сигнала, имеющего заданный спектр допплеровского рассеяния, показавшие соответствие результатов ожидаемым. Исследования темы показали перспективность дальнейшей работы, в том числе для реализации многоскоростной обработки радиолокационных сигналов.
Radar developers are faced with increasingly resource-intensive tasks due to increasing requirements for the tactical and technical characteristics of the devices being developed and reducing development and testing time before implementation. The reliability of such devices is a key development factor, since many human lives depend on the correct operation of the radar. This makes the radar verification stage key before commissioning, and special attention is paid to it. The use of FPGAs makes it possible to provide a sufficiently productive digital processing path, which has an extensive margin of flexibility for expanding the functionality of verification hardware. A principle has been developed for simulating Doppler scattering of a reflected radar signal in real time based on convolution with a Doppler scattering signal of a given spectrum shape with a width adjustable during operation. The structure of a direct digital synthesis generator has been developed, designed to obtain a Doppler scattering signal in real time with the ability to change the spectrum width during operation, optimized for implementation based on FPGA. A new method for controlling the degree of correlation between signals at the output of digital channels of a direct digital synthesis generator (by convolution with a radar signal) is proposed, taking into account the discreteness of the formation of the impulse response of the reflection according to the isorange rings model. In addition to theoretical studies of the proposed methods using mathematical models, studies and verification of the operation of a signal generation simulator with a given Doppler scattering spectrum were carried out, which showed that the results correspond to the expected ones. Research on the topic has shown the promise of further research, including for the implementation of multi-speed processing of radar signals.
Radar developers are faced with increasingly resource-intensive tasks due to increasing requirements for the tactical and technical characteristics of the devices being developed and reducing development and testing time before implementation. The reliability of such devices is a key development factor, since many human lives depend on the correct operation of the radar. This makes the radar verification stage key before commissioning, and special attention is paid to it. The use of FPGAs makes it possible to provide a sufficiently productive digital processing path, which has an extensive margin of flexibility for expanding the functionality of verification hardware. A principle has been developed for simulating Doppler scattering of a reflected radar signal in real time based on convolution with a Doppler scattering signal of a given spectrum shape with a width adjustable during operation. The structure of a direct digital synthesis generator has been developed, designed to obtain a Doppler scattering signal in real time with the ability to change the spectrum width during operation, optimized for implementation based on FPGA. A new method for controlling the degree of correlation between signals at the output of digital channels of a direct digital synthesis generator (by convolution with a radar signal) is proposed, taking into account the discreteness of the formation of the impulse response of the reflection according to the isorange rings model. In addition to theoretical studies of the proposed methods using mathematical models, studies and verification of the operation of a signal generation simulator with a given Doppler scattering spectrum were carried out, which showed that the results correspond to the expected ones. Research on the topic has shown the promise of further research, including for the implementation of multi-speed processing of radar signals.