摘 要：針對傳統(tǒng)專用的雷達(dá)信號發(fā)生系統(tǒng)通用性差的問題，基于虛擬儀器技術(shù)，提出了通用的模擬雷達(dá)信號發(fā)生系統(tǒng)，集成任意波形發(fā)生器和矢量信號源。使用Agilent VEE設(shè)計(jì)程序，通過用戶軟面板對系統(tǒng)進(jìn)行集中控制管理，能夠靈活設(shè)置波形，波形參數(shù)，中心頻率和輸出功率等參數(shù)。并且方便系統(tǒng)集成和擴(kuò)充。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器，VEE，雷達(dá)，任意波形發(fā)生器，矢量信號源 Abstract: The traditional application-specific radar signal generators had a great limitation on application; we proposed a simulated system based on virtual instrument for radar signal generator, which integrated arbitrary waveform generator and vector signal generator. We employed Agilent VEE for remote system control via the soft panel of program, which was convenient for adjustment of waveform, carrier frequency and output power as well as system update. Keywords: VEE, Virtual Instrument, Radar, Arbitrary Waveform Generator, Vector Signal Generator 1 引言 　　傳統(tǒng)的雷達(dá)發(fā)射機(jī)，采用專用的信號發(fā)生模塊，無法任意的設(shè)置波形形式、參數(shù)，信號中心頻率，信號功率等。在一定程度上限制了應(yīng)用范圍。尤其在雷達(dá)的預(yù)研和新技術(shù)的探索階段，要對各種雷達(dá)信號進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或評估，如果為每種雷達(dá)信號設(shè)計(jì)專用的信號發(fā)生模塊，將極大的耗費(fèi)成本。如果使用虛擬儀器技術(shù)，集成高性能的商用測試儀器[1]，通過編程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能，可以有效模擬多種雷達(dá)信號，并以較大的靈活性對雷達(dá)信號的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，克服通用性差的問題，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。 2 雷達(dá)信號發(fā)生系統(tǒng) 　　雷達(dá)信號產(chǎn)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(shù)字存儲波形轉(zhuǎn)換為I/Q兩路基帶模擬信號輸出。I/Q調(diào)制模塊對I/Q兩路信號進(jìn)行正交載波的調(diào)制，將信號中心頻率搬移到射頻或微波頻段，系統(tǒng)最后的輸出就是所需的雷達(dá)信號。 [align=center] 圖1. 雷達(dá)信號產(chǎn)生原理圖[/align] 3 基于虛擬儀器的雷達(dá)信號模擬系統(tǒng) 　　在雷達(dá)新體制的預(yù)研論證階段，利用基于虛擬儀器的雷達(dá)信號發(fā)生系統(tǒng)，可以滿足應(yīng)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了通用雷達(dá)信號發(fā)生系統(tǒng)的模擬。 　　3.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示，下面介紹各模塊的功能。 [align=center] 圖2. 儀器的硬件連接[/align] 　　3.1.1 任意波形發(fā)生器 　　任意波形發(fā)生器通過數(shù)字存儲，數(shù)模轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)如下功能： 　　1. 對脈沖波形的輸出進(jìn)行回放控制，實(shí)現(xiàn)單脈沖波形或脈沖波形序列的輸出。 　　2. 并可以設(shè)置脈沖時(shí)間的寬度，脈沖內(nèi)的波形參數(shù)（如頻率或帶寬等）。 　　3. 脈沖時(shí)間寬度，重采樣速率可以通過軟件進(jìn)行設(shè)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(diào)制，上變頻的功能。通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)如下功能： 　　1. 可以調(diào)節(jié)輸出雷達(dá)信號中心頻率以及輸出功率的大小。 　　2. 可以調(diào)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(dá)脈沖調(diào)制提供所需的觸發(fā)脈沖，并進(jìn)行脈沖重復(fù)頻率PRF 的設(shè)置。實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的相參和同步。 　　上述系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊是任意波形發(fā)生器和矢量信號源。各大儀器產(chǎn)商都有相應(yīng)的產(chǎn)品。為了驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，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(jī)連接，N6030A則通過PXI總線與工控機(jī)相連。工控機(jī)運(yùn)行虛擬儀器軟件，通過PXI總線與GPIB總線分別與各個(gè)儀器通信，實(shí)現(xiàn)對儀器的遠(yuǎn)程控制。 　　3.2 虛擬儀器軟件設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)軟件組成如圖3所示，采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)的升級和擴(kuò)充。儀器驅(qū)動(dòng)程序是儀器功能控制函數(shù)以及儀器參數(shù)變量的集合。儀器控制模塊是由程序定義的儀器驅(qū)動(dòng)程序的子集，它將構(gòu)建系統(tǒng)需要的儀器功能函數(shù)和參數(shù)從驅(qū)動(dòng)程序中提煉出來，以適合用戶的需求。 [align=center] 圖3. 系統(tǒng)軟件組成框圖[/align] 　　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(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境如：VC++，VB，MATLAB，以及專門針對測試測量應(yīng)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?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，適合于測試和測量領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真與儀表備優(yōu)化控制等應(yīng)用。它的主要特點(diǎn)有：對編程語言進(jìn)行了的圖形化處理，采用數(shù)據(jù)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(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對VXI、GPIB、PXI、串口等總線接口的控制。提供了大量的函數(shù)庫，并可以與C/C++，MATLAB等進(jìn)行混合編程。 　　3.2.2 基于驅(qū)動(dòng)程序的儀器控制模塊設(shè)計(jì) 　　儀器驅(qū)動(dòng)程序是實(shí)現(xiàn)儀器功能的控制函數(shù)和參數(shù)的集合。它是軟件與儀器通信的橋梁。儀器都在出產(chǎn)時(shí)隨產(chǎn)品附帶了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，而虛擬儀器軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上[6]，通過接收用戶操作面板傳來的用戶設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)豐富的信號設(shè)置功能，完成自動(dòng)控制的任務(wù)。 通過調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)程序的接口函數(shù)[7], [8], [9]可以設(shè)計(jì)出符合功能需求的系統(tǒng)。 　　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(shè)置，重采樣時(shí)鐘設(shè)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(shù)據(jù)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(gè)子進(jìn)程，其流程圖如圖5所示。它的功能是通過調(diào)用任意波形發(fā)生器驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)，控制任意波形發(fā)生器的波形回放過程。兩個(gè)分支分別實(shí)現(xiàn)單一脈沖波形的輸出和脈沖波形序列的輸出。 [align=center] 圖4 虛擬儀器程序執(zhí)行流程圖[/align] [align=center] 圖5. 波形回放流程圖[/align] 　　圖6是任意波形發(fā)生器在單一波形輸出模式下時(shí)，在PRF = 2000KHz的觸發(fā)脈沖控制下，輸出的I/Q兩路線性調(diào)頻基帶（-300～+300MHz）模擬信號在數(shù)字存儲示波器上顯示的圖像。觸發(fā)脈沖寬度為300us，脈沖波形寬度為16us。 [align=center] a. 時(shí)間軸分辨率100us/格 b. 時(shí)間軸分辨率2.00us/格 圖6. 線性調(diào)頻信號及觸發(fā)脈沖[/align] 4 結(jié)束語 　　基于虛擬儀器的雷達(dá)信號模擬系統(tǒng)較之以往的專用雷達(dá)信號系統(tǒng)有以下幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)： 　　1） 通用性：波形信號形式，中心頻率，功率，脈沖重復(fù)頻率等都可以進(jìn)行很靈活的設(shè)置。 　　2） 軟件定義系統(tǒng)功能，方便系統(tǒng)的升級，容易集成其它儀器儀表到系統(tǒng)中，擴(kuò)充系統(tǒng)功能。 　　3） 充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，降低研發(fā)成本和周期，適用于雷達(dá)系統(tǒng)新體制的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)階段 參考文獻(xiàn) 　　[1]. 王俊, 遲欽河, 基于虛擬儀器技術(shù)的測速雷達(dá)信號處理系統(tǒng), 微計(jì)算機(jī)信息, 2003, 19卷 　　[2]. Agilent Technology , N6030A任意波形發(fā)生器技術(shù)概述 　　[3]. Agilent Technology, E8267D PSG矢量信號發(fā)生器技術(shù)資料 　　[4]. Agilent Technology , 81110脈沖碼型發(fā)生器技術(shù)資料 　　[5]. Robert Helsel, HP VEE 可視化編程 第三版, 中國-惠普DSP技術(shù)研究中心, 清華大學(xué)出版社, 1999 　　[6]. 趙會兵, 虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成, 清華大學(xué)出版社, 2003 　　[7]. Agilent Technology, N6030A Users‘ Guide 　　[8]. Agilent Technology, E8267D PSG Signal Generators Programming Guide 　　[9]. Agilent Technology, 81110A Reference Guide