信号发生器模拟多目标场景的核心在于生成多个独立可控的信号源，并通过技术手段实现目标参数（如频率、相位、幅度、时延等）的灵活配置与动态调整。这一能力广泛应用于雷达测试、通信系统验证、电子对抗等领域。以下是具体实现方法及关键技术：
一、多通道独立信号生成
1. 硬件架构选择
- 多通道并行结构
- 独立模块设计：每个通道配备独立的频率合成器（如DDS或PLL）、上变频器和功率放大器，实现完全独立的信号生成。
- 优势：通道间隔离度高（>80dB），参数调整互不影响。
- 应用：高端雷达测试（如R&S SMW200A支持4通道独立输出，频率范围100kHz-40GHz）。
- 共享参考源+多路分配：所有通道共用高稳定参考源（如OCXO），通过功分器分配至各通道，再经独立调谐电路生成不同频率。
- 优势：成本较低，通道间相位一致性高（<1°）。
- 局限：频率调整需同步，灵活性稍差。
- 应用：相控阵雷达测试（如Keysight E8257D支持6通道共享参考）。
- 软件定义无线电（SDR）架构
- 通用硬件+软件配置：基于FPGA或GPU的SDR平台（如NI PXIe-5840），通过软件编程生成多路信号，支持动态重构。
- 优势：通道数可扩展（如单板支持32通道），参数调整实时性强（μs级）。
- 局限：高频段（>20GHz）需外接上变频模块。
- 应用：5G NR多用户测试（如3GPP标准中需模拟128个终端同时接入）。
2. 关键参数控制
- 频率：通过DDS的相位累加器或PLL的分频/倍频系数独立设置，频率分辨率可达μHz级（如ADI AD9914 DDS分辨率0.23Hz@1GHz）。
- 相位：各通道相位差通过数字相位累加器或移相器精确控制（相位分辨率0.1°），用于模拟目标相对位置。
- 幅度：采用数字衰减器（如HMC624LP4E，衰减范围0-31.5dB，步进0.5dB）或可变增益放大器（VGA）独立调整。
- 时延：通过FPGA实现数字延迟线（如Xilinx Kintex-7 FPGA可提供纳秒级延迟精度），或外接模拟延迟线（如Hittite HMC704LP4E，延迟范围0-100ns）。
二、动态场景模拟技术
1. 目标运动轨迹模拟
- 多普勒频移：通过DDS的频率调谐字（FTW）动态调整输出频率，模拟目标径向速度。
- 公式：fd=c2vf0，其中v为目标速度，f0为载频，c为光速。
- 案例：模拟飞机以500m/s速度远离雷达，载频10GHz时，多普勒频移fd=−33.3kHz。
- 加速度模拟：在DDS中引入二次项频率调谐（如f(t)=f0+fdt+21at2），实现匀加速运动模拟。
2. 目标数量与分布控制
- 脉冲重复间隔（PRI）调制：通过调整脉冲信号的周期，模拟不同距离的目标回波。
- 应用：雷达距离分辨力测试（如设置PRI=10μs对应1.5km距离分辨力）。
- 角度欺骗：在相控阵雷达测试中，通过调整各通道相位差模拟目标方位角（如Δϕ=λ2πdsinθ，其中d为阵元间距，θ为目标角度）。
3. 复杂环境模拟
- 杂波与干扰叠加：通过数字基带信号处理（如FPGA）生成高斯白噪声、多径干扰等信号，与目标信号叠加输出。
- 案例：模拟城市环境下的雷达回波，需叠加地面反射杂波（功率比目标低20-30dB）和移动车辆干扰（多普勒频移±100Hz）。
- 信道衰落模拟：在通信测试中，通过瑞利衰落模型（如Jakes模型）模拟多径传播引起的信号幅度起伏。
三、典型应用场景与配置示例
1. 雷达目标模拟
- 场景：测试某型防空雷达对3个目标的跟踪能力（目标1：距离10km，速度200m/s；目标2：距离15km，速度-100m/s；目标3：距离20km，静止）。
- 配置：
- 使用3通道信号发生器（如R&S SMW200A），各通道独立设置：
- 通道1：频率10GHz，脉冲宽度1μs，PRI=20μs，多普勒频移+13.3kHz（模拟200m/s速度）。
- 通道2：频率10GHz，脉冲宽度1μs，PRI=30μs，多普勒频移-6.7kHz（模拟-100m/s速度）。
- 通道3：频率10GHz，脉冲宽度1μs，PRI=40μs，多普勒频移0Hz（静止目标）。
- 通过合路器将3路信号合并后输入雷达接收机。
2. 5G NR多用户测试
- 场景：验证基站对16个终端的调度能力（终端1-8：上行数据传输；终端9-16：下行数据传输）。
- 配置：
- 使用SDR平台（如NI PXIe-5840）生成16路NR信号：
- 上行信号：频率3.5GHz，带宽100MHz，调制方式64QAM，各终端分配不同物理资源块（PRB）。
- 下行信号：频率3.5GHz，带宽100MHz，调制方式256QAM，采用MIMO 4x4传输。
- 通过软件控制各终端信号的时延（模拟不同距离）和功率（模拟路径损耗）。
3. 电子对抗干扰模拟
- 场景：测试某型通信设备对窄带瞄准式干扰的抗干扰能力。
- 配置：
- 使用双通道信号发生器（如Keysight E8257D）：
- 通道1：生成通信信号（频率2.4GHz，带宽5MHz，QPSK调制）。
- 通道2：生成干扰信号（频率2.402GHz，带宽100kHz，功率比通信信号高20dB）。
- 通过合路器将两路信号合并后输入被测设备，观察误码率变化。
四、选型建议
| 需求场景 | 关键指标 | 推荐型号 |
|---|
| 高频段雷达测试（>20GHz） | 频率范围、相位噪声、通道隔离度 | R&S SMW200A（40GHz，相位噪声-145dBc/Hz@10kHz） |
| 大规模MIMO测试（>32通道） | 通道数、实时性、成本 | NI PXIe-5840（32通道，μs级切换） |
| 低成本工业测试 | 通道数、易用性、基础功能 | Keysight 33600A系列（2通道，支持AM/FM调制） |
| 动态场景模拟（如运动目标） | 频率调谐速度、相位连续性、多普勒精度 | Anritsu MG3710A（频率调谐速度10μs，相位连续性<0.1°） |
五、发展趋势
- 更高集成度：单芯片集成多通道DDS+上变频器（如ADI AD9174支持4通道16位DAC，采样率12GSPS）。
- 更灵活的软件生态：基于MATLAB/Simulink的自动化测试脚本生成，支持快速场景重构。
- 更低的相位噪声：采用光子辅助频率合成技术（如光梳振荡器），相位噪声可低至-180dBc/Hz@10kHz。
- 更强的实时性：结合AI算法实现动态场景预测（如基于LSTM网络的目标轨迹预测，误差<1%）。
