bhSDR 在暗室合成 32 路战场：复杂电磁环境构建

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现代雷达、无人机、导引头、数据链等装备，在未来战场上面对的从来都不是一个“干净”的电磁空间——多辐射源密集交叠、压制与欺骗干扰并存、多径与多普勒效应错综复杂。如何在实验室条件下，对被测装备开展真实、可信、可复现的性能验证与抗干扰评估？

答案是：在微波暗室内，构建一个可编程、可复现的复杂电磁信号环境。

本期推文，彬鸿科技为大家带来基于bhSDR平台的复杂电磁环境构建方案——以“青鸾”DBF8多通道相干平台为核心，把波形生成、信道模拟、空间合成统一在数字域完成，在暗室静区“凭空”合成一个幅度、相位、极化、到达角均可控的电磁战场！

01已有条件与建设目标

假设暗室本体已建成（屏蔽体+吸波材料+静区），本方案聚焦“暗室内复杂电磁信号的生成与合成”。计划使用的彬鸿bhSDR系列设备如表1所示。

表1　bhSDR系列设备选型

DBF8
通道 8T8R ｜ 频率范围 10MHz~18GHz ｜ 单通道带宽 1GHz
主处理器 XCZU47DR+AGX Orin
关键能力 数字波束成形，10ps 级通道同步

USRP-4120
通道 2T2R ｜ 频率范围 70MHz~6GHz ｜ 单通道带宽 56MHz
主处理器 ZYNQ+AD9361
关键能力 轻量化、低功耗、便携

建设目标：在暗室内构建可编程、可复现的复杂电磁信号环境，具备多辐射源、到达角可控、多径/多普勒、压制与欺骗干扰等能力，用于雷达、无人机、接收机等被测对象的性能测试与验证。系统总体架构如图1所示。

02原理：电磁环境怎么“造”出来

一个真实的电磁战场，可以拆解为四个维度（表 2）：

表2　复杂电磁环境的四个维度

1 空域
内涵：辐射源数量、到达角、极化、功率密度分布
本方案的实现手段：多通道 + 天线阵列空间合成

2 时/频域
内涵：频段、带宽、调制样式、脉宽/重频、跳频
本方案的实现手段：bhSDR VSG 任意波形生成

3 信道域
内涵：多径、时延、多普勒、衰落
本方案的实现手段：FPGA/GPU 数字域信道建模

4 干扰域
内涵：压制、欺骗、DRFM 转发
本方案的实现手段：数字域干扰波形生成

01空域——空间合成（本方案的核心）

多个阵元同时辐射时，若相邻阵元馈电相位依次相差Δφ，合成波前就会被“掰”向某一方向，该方向即为等效到达角θ：

Δφ = (2π · d / λ) · sinθ

式中d为阵元间距，λ为波长。改变θ即改变到达角；对同一阵列叠加多组相位加权，即可在静区内同时合成多个方向、多个辐射源（多波束）。

实现空间合成，有三个硬性前提：

通道间相位相干：各通道必须共本振、共时钟。DBF8原生具备10ps级通道间同步，完全满足要求——这是它相对通用信号源的最大优势；

阵元间距d≤λmin/2：λmin对应最高工作频率。间距过大将出现栅瓣，导致到达角模糊、静区场畸变；

通道幅相校准：电缆长度、器件插损与相移不一致，会直接造成合成指向偏差与旁瓣抬升。这是工程上最关键、也最容易忽略的一环，必须逐通道标定。

02时域/频域——bhSDR VSG 波形发生器

各辐射源的频段、带宽、调制样式、脉宽/重频、跳频等，均可由 bhSDR VSG任意波形发生器产生——既可以直接生成，也可以采用环境采集回放的方式，真实还原外场电磁态势。

03信道域——在数字域完成信道模拟

多径：把同一基带信号复制成多路，各自赋予不同时延与衰减，再由不同阵元/不同角度辐射，即在暗室内形成多径效应；

多普勒：对基带做频率偏移，等效目标径向运动；

衰落：按Rayleigh/Rician分布对幅度进行时变调制。

以上运算均由DBF8板载FPGA+AGX Orin GPU实时完成。换言之，DBF8在数字域内就是一个“软件定义的信道模拟器”。

04干扰域——压制与欺骗并存

压制干扰：宽带噪声/瞄准式噪声，覆盖被测对象工作频段；

欺骗干扰：假目标、距离/速度拖引，可用DRFM转发方式在数字域生成。

上述四个维度对应的完整信号处理链与闭环校准回路如图2所示。

03扩展信道模拟器

以“空间合成（辐射式）”为目标时，用DBF8+天线阵列即可，有特定需求时可扩展信道模拟器（表3）。

表3　信道模拟器需求判定表

多辐射源 + 到达角可控　不需要
DBF 多通道 + 阵列空间合成即可实现

简单多径 / 时延 / 多普勒　不需要
DBF 数字域直接生成

标准信道模型（3GPP TDL/CDL、ITU-R）　建议需要
硬件模拟器内置标准模型，省去自研

大量抽头 / 大时延扩展（>32 抽头、μs 级）　建议需要
FPGA 资源可能不足以实时承载

矢量信道 / MIMO 相关矩阵、时变衰落　建议需要
相关矩阵实时生成运算量大

传导注入（信号直灌 DUT 射频口）　需要
辐射式无法注入，需信道模拟器 + 电缆

04三种信号注入架构对比

表4　三种信号注入架构对比

全辐射（OTA）
组成 多通道源 + 天线阵列 + 暗室
优点 最真实，含空域与极化特性
适用对象 雷达、无人机、导引头、阵列天线

传导注入
组成 信号源 + 信道模拟器 + 电缆
优点 精确、可注入大功率、重复性好
适用对象 接收机射频口、无法辐射的大体积 DUT

混合
组成 OTA 与传导并行
优点 兼顾真实性与灵活性
适用对象 复杂系统综合测试（推荐）

05推荐组合架构与关键指标

在同一暗室内，两种设备分工协同、共用同步与控制（表5）：

表5　推荐组合架构分工

主阵列　DBF8 × 4
主辐射源 / 主阵元，承担核心空间合成

辅助　USRP-4120 × 4
辅助辐射源，独立模拟无人机目标等

相干通道合计：8（DBF8）×4 =32路，理论上可同时模拟最多32个辐射源/阵元！同步由GPSDO与TRIG/SYSREF提供，通道间同步达10ps级；控制与波形由bhSDR VSG/AI/Studio软件完成。

系统关键指标与验收参考见表 6

表 6　关键指标与验收参考

相干通道数　≥ 32
DBF8（8 通道）× 4

通道间同步　≤ 10ps
DBF 原生能力

瞬时带宽　1GHz（DBF8）
按信号需求选择

频率覆盖　10MHz~18GHz（DBF8）/ 70MHz~6GHz（4120）
以规格书为准

同时辐射源数　≤ 32（相干通道数）
每通道一个辐射源

到达角范围　典型 ±60°
取决于阵列布局

到达角精度　≤ 1°（校准后）
受幅相一致性影响

通道幅相一致性　幅度 ≤ ±0.5dB，相位 ≤ ±2°
校准后

阵元间距　d ≤ λmin/2
避免栅瓣与角度模糊

06实施与校准：决定成败的一环

表 7　实施与校准步骤

1. 阵列与馈线安装
工作内容：阵元布局、等长稳相电缆连接
要点：间距 d ≤ λmin/2；电缆等长等相

2. 单通道幅相标定
工作内容：VNA 或 DBF8 环回测量各通道幅相
要点：建立各通道幅相偏差表

3. 阵列加权标定
工作内容：暗室内远场测量，校正阵元方向图与互耦
要点：生成幅相加权补偿系数

4. 空间合成验证
工作内容：验证合成方向、旁瓣电平、静区场均匀性、极化
要点：到达角精度 ≤ 1°（校准后）

5. 信道效应验证
工作内容：验证时延、多普勒、衰落等信道特性
要点：与理论值比对

6. 系统联试与固化
工作内容：场景库固化、自动化测试流程打通
要点：形成可复用的测试用例库

系统的实施与校准流程如图 3 所示。

07小结

1. 暗室已在位的前提下，复杂电磁环境的关键是“空间合成”，而不是简单堆信号源；

2. DBF8本身就是多通道相干+数字波束成形设备，能把“波形生成+信道模拟+空间合成”统一在数字域完成；

3. 因此通常不需要外购硬件信道模拟器；仅在需要标准信道模型、传导注入、超大规模衰落时，才补充信道模拟器；

4. 最需要重视的是：宽带天线阵列、功放/低噪放、幅相校准网络与同步时钟；其中最容易被忽视、却决定成败的，是逐通道幅相校准。

选择 bhSDR，构建您的复杂电磁环境试验新能力！

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