CN101650421B - 一种机载多普勒导航雷达中频信号模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载多普勒导航雷达中频信号模拟方法，把正交调制技术扩展到单边带调制中，采用集成电路和自动程序控制，在机载多普勒导航雷达控制信号和参考信号的共同作用下，模拟产生雷达4个不同方向波束的中频频谱信号，且具有不同的频率和叠加相应的噪声，相当于飞机实际飞行时不同速度、不同高度下接收的回波信号。再者能对所产生的中频信号进行精确步进衰减，以满足对机载多普勒导航雷达测试的需求。本发明设计新颖、集成度高、结构简单、成本低廉、易于使用，有效提高机载多普勒导航雷达的测试效率。

Description

一种机载多普勒导航雷达中频信号模拟方法

技术领域

本发明涉及一种雷达中频信号模拟方法，尤其涉及一种机载多普勒导航雷达的中频信号模拟方法，属于无线电技术领域。

背景技术

机载多普勒导航雷达中频信号是雷达对接收信号进行下变频生成的信号，完成从高频信号到中频信号的变换，利于接收电路后级的放大和信号处理。机载多普勒导航雷达中频信号的频率根据雷达的不同而不同，通常情况下在10MHz～100MHz之间。雷达中频信号相当于多普勒频移信号对雷达参考信号的单边带调制信号，当需要对雷达进行测试时，实验室环境无法满足真实环境，故需要人为模拟雷达中频信号，满足测试需求。

目前，常规模拟机载多普勒导航雷达中频信号的方法如附图3所示，其工作流程如下：使用分立模拟器件的模拟振荡器构成多普勒信号产生单元301，产生多普勒频移信号并通过分立模拟器件的90°移相器302移相，这两个信号均同雷达参考信号进行双边带调制303/304，调制后的波形经过加法器305相加生成单边带调制信号，噪声发生306单边带调制信号在噪声叠加单元307叠加，随后是0～100dB手动控制衰减器308。在该方法中存在以下缺陷：一是采用分立元件的模拟振荡器方法产生多普勒频移信号，其体积较大，而且幅度、频率精度和稳定度较差；二是对雷达参考信号的频移调制或单边带调制时，使用两个独立的双边带调制器和一个加法器实现，元器件集成度低；三是在对雷达参考信号的频移调制或单边带调制之前，需要对多普勒频移信号进行90°移相，采用分立元件的模拟移相方法，频率敏感、移相精度低；四是衰减器采用外置式，集成化程度低、体积大、成本高，维护复杂；五是操作方式保持手动方式，不利于自动化测试系统，难于在嵌入式系统中使用。

发明内容

本发明的目的是对目前的模拟方法进行改进，提高集成化程度和信号精度，改变手动控制方式为程序控制方式，从而缩小体积，有利于应用于自动化测试系统和嵌入式系统中，大大提高测试系统的检测效率。

本发明实现雷达中频信号模拟器的工作流程如下：

电源滤波单元110为整个系统提供相对干净的+5V电源，采用LC形式的T型滤波方法，把外部输入噪声较大的5V直流电滤波成V_PP小于50mV的较干净5V直流电；RS232收发器101完成程控命令的电平转换，把RS232电平信号转换成TTL电平，或者TTL电平转换成RS232电平；采用RS232电平有利于与通用计算机互联以及较长距离传输，RS232收发器转换完成的信号送入微处理器MCU 102单元进行命令解析和处理，微处理器MCU102单元接收来自RS232收发器101的程控命令和来自雷达的波束选择信号，对这些信号进行解析、处理后，输出相应的控制信号实现不同波束信号的模拟、不同多普勒中频信号的模拟和不同幅度的多普勒中频信号的模拟等，由于多普勒导航雷达通过接收来自四个不同方向的雷达波束来计算飞机的三轴速度，这就产生了波束选择信号，微处理器MCU 102单元对波束选择信号进行判断，控制0°/90°多普勒信号发生器103产生不同波束对应的多普勒信号，从而实现对不同雷达波束的模拟；微处理器MCU 102单元根据接收的程控命令控制0°/90°多普勒信号发生器103产生不同的多普勒信号，模拟飞机不同飞行速度条件下的多普勒中频信号；微处理器MCU102单元根据接收的程控命令控制白噪声选通开关107控制噪声是否叠加到多普勒中频信号中，等效控制噪声的有无；微处理器MCU 102单元根据接收的程控命令控制程控衰减器的衰减量，模拟真实环境下的幅度多变的多普勒雷达中频信号；0°/90°多普勒信号发生器103在微处理器MCU102单元的控制下，产生不同频率的多普勒频移信号，使用直接数字合成DDS技术产生多普勒频移信号，90°移相利用DDS技术的相位控制技术简单实现，利用直接数字合成DDS技术产生频移，使生成的频移幅度、频率均具备很高的稳定度；缓冲隔离单元104对输入的雷达参考中频信号进行放大和阻抗变换，使其无失真的输入到正交调制器105，缓冲隔离单元104对输入的雷达参考中频信号放大使用集成运算放大器，替代分立元件，使增益、阻抗调整更加便易；正交调制器105是实现单边带调制的核心，白噪声发生器106用于产生广谱白噪声，利用齐纳二极管的雪崩效应产生的信号作为广谱白噪声的基本，然后经过放大和100KHz方波调制后输送至白噪声选通开关107，100KHz方波调制使白噪声的带宽控制在100KHz左右，更接近雷达噪声的实际情况；白噪声选通开关107受微处理器MCU102单元控制噪声是否叠加到多普勒中频信号中，等效控制噪声的有无；噪声叠加器108完成正交调制器105输出的单边带信号和白噪声选通开关107输出的白噪声相乘，实现对单边带信号的噪声叠加；程控衰减器109在微处理器MCU102单元控制下，程控修改单边带信号的幅度，程控衰减器采用集成衰减器芯片，以1dB为步进单位，实现0～100dB的衰减范围，程控衰减器109输出的信号即为模拟输出的雷达中频信号。

本发明的关键技术在于采用中、大型规模集成电路，集合正交调制的方法，模拟产生机载多普勒导航雷达中频信号，该模拟技术集成度高、结构简单、成本低廉、易于使用，适用于自动化测试系统和嵌入式系统中，有效提高了机载多普勒导航雷达的测试效率。

附图说明

附图1为本发明实现雷达中频信号模拟流程图。

附图2为本发明使用集成正交调制器单边带调制流程图。

附图3为现有技术雷达中频信号模拟流程图。

具体实施方式

以下给出一个使用集成正交调制器的实施例对本发明做进一步详细描述：

使用集成正交调制器，载波信号cosω_ct和调制信号cosω₀t输入到单边带调制器，调制信号cosω₀t作为正交调制器的I路信号输入，调制信号cosω₀t经过90°移相器201的信号cos(ω₀t+90°)作为正交调制器的Q路信号输入，载波信号cosω_ct经过90°移相器202后为cos(ω_ct+90°)，载波信号cosω_ct、I路信号cosω₀t通过双边带调制器203得到cosω_ctcosω₀t，cos(ω_ct+90°)和Q路信号cos(ω₀t+90°)通过双边带调制器204得到cos(ω_ct+90°)cos(ω₀t+90°)，之后该两个信号经过加法器205后输出单边带信号S(t)，完成单边带调制的过程，利用正交调制器生成单边带信号后送入噪声叠加器，对信号进行加噪处理，之后是0～100dB的程控衰减器，使输出的雷达模拟信号更接近真实信号，程控衰减器选用可控衰减集成电路，在程序指令的控制下完成对信号的步进衰减。

本发明的基本原理是：把雷达输出的参考信号进行单边带调制，模拟产生雷达接收到的具有多普勒频移的频率信号，该频率信号与雷达输出的参考信号存在由于飞机移动产生的多普勒频率差；同时还对该频率信号叠加带限白噪声，使模拟信号更接近真实环境中雷达信号；其次是对该频率信号的程控衰减，以1dB为步进单位，模拟满足不同强度的雷达回波，更接近真实环境中雷达信号。单边带信号可写成：

$S\left(t\right)=\cos \left[({\mathrm{\ω}}_c\±{\mathrm{\ω}}_0)t\right]$

ω_c为载波，ω₀为调制信号。

通用正交调制器为标准集成电路，其的输出可以表示为：

从公式(1)中分析得出，生成单边带调制信号可以通过把载波和调制信号分别移相90°后，再进行双边带调制即可实现，使用该方法降低了实现难度。当把I路信号进行90°移相后，作为Q路信号输入正交调制器，就可以完成单边带调制的过程。这正是本发明的关键技术所在，该模拟技术正是利用了这一点有效提高了设计集成度。

该发明采用集成电路和自动程序控制的方法，能够在机载多普勒导航雷达控制信号和参考信号的共同作用下，分别模拟产生雷达4个不同方向波束的中频频谱信号，且具有不同的频率和叠加相应的噪声，相当于飞机实际飞行时不同速度、不同高度下接收的回波信号，并能够对所产生的中频信号进行精确步进衰减，以满足对机载多普勒导航雷达测试的需求。本发明实现的雷达中频信号模拟器设计新颖、集成度高、结构简单、成本低廉、易于使用，有效提高了机载多普勒导航雷达的测试效率。

Claims (2)

1.一种机载多普勒导航雷达中频信号模拟方法，其特征是按以下工作流程进行：

电源滤波器(110)采用LC形式的T型滤波方法，把外部输入噪声较大的5V直流电滤波成V_PP小于50mV的5V直流电，为整个系统提供净化的+5V电源；RS232收发器(101)完成程控命令的电平转换，把RS232电平信号转换成TTL电平，或者TTL电平转换成RS232电平；采用RS232电平有利于与通用计算机互联以及较长距离传输，RS232收发器转换完成的信号送入微处理器(MCU 102)进行命令解析和处理，微处理器(MCU102)接收来自RS232收发器(101)的程控命令和来自雷达的波束选择信号，对这些信号进行解析、处理后，输出相应的控制信号实现不同波束、不同幅度的多普勒中频信号的模拟，由于多普勒导航雷达通过接收来自四个不同方向的雷达波束来计算飞机的三轴速度，这就产生了波束选择信号，微处理器(MCU 102)对波束选择信号进行判断，控制0°/90°多普勒信号发生器(103)产生不同波束对应的多普勒信号，从而实现对不同雷达波束的模拟；微处理器(MCU 102)根据接收的程控命令控制0°/90°多普勒信号发生器(103)产生不同的多普勒信号，模拟飞机不同飞行速度条件下的多普勒中频信号；微处理器(MCU102)根据接收的程控命令控制白噪声选通开关(107)控制噪声是否叠加到多普勒中频信号中，等效控制噪声的有无；微处理器(MCU 102)根据接收的程控命令控制程控衰减器的衰减量，模拟真实环境下幅度多变的多普勒雷达中频信号；0°/90°多普勒信号发生器(103)在微处理器(MCU102)的控制下，产生不同频率的多普勒频移信号，使用直接数字合成DDS技术产生多普勒频移信号，90°移相利用DDS技术的相位控制技术简单实现，利用直接数字合成DDS技术产生频移，使生成的频移幅度、频率均具备很高的稳定度；缓冲隔离器(104)对输入的雷达参考中频信号进行放大和阻抗变换，使其无失真的输入到正交调制器(105)，缓冲隔离器(104)对输入的雷达参考中频信号放大使用集成运算放大器，替代分立元件，使增益、阻抗调整更加便易；正交调制器(105)是实现单边带调制的核心，白噪声发生器(106)用于产生广谱白噪声，利用齐纳二极管的雪崩效应产生的信号作为广谱白噪声的基本，然后经过放大和100KHz方波调制后输送至白噪声选通开关(107)，100KHz方波调制使白噪声的带宽控制在100KHz左右，更接近雷达噪声的实际情况；白噪声选通开关(107)受微处理器(MCU102)控制噪声是否叠加到多普勒中频信号中，等效控制噪声的有无；噪声叠加器(108)完成正交调制器(105)输出的单边带信号和白噪声选通开关(107)输出的白噪声相乘，实现对单边带信号的噪声叠加；程控衰减器(109)在微处理器(MCU102)控制下，程控修改单边带信号的幅度，程控衰减器采用集成衰减器芯片，以1dB为步进单位，实现0～100dB的衰减范围，程控衰减器(109)输出的信号即为模拟输出的雷达中频信号。

2.根据权利要求1所述的一种机载多普勒导航雷达中频信号模拟方法，其特征是按以下工作流程进行：

使用集成正交调制器，载波信号cosω_ct和调制信号cosω₀t输入到单边带调制器，调制信号cosω₀t作为正交调制器的I路信号输入，调制信号cosω₀t经过90°移相器(201)的信号cos(ω₀t+90°)作为正交调制器的Q路信号输入，载波信号cosω_ct经过90°移相器(202)后为cos(ω_ct+90°)，载波信号cosω_ct、I路信号cosω₀t通过双边带调制器(203)得到cosω_ctcosω₀t，cos(ω_ct+90°)和Q路信号cos(ω₀t+90°)通过双边带调制器(204)得到cos(ω_ct+90°)cos(ω₀t+90°)，之后该两个信号经过加法器(205)后输出单边带信号S(t)，完成单边带调制的过程，利用正交调制器生成单边带信号后送入噪声叠加器，对信号进行加噪处理，之后是0～100dB的程控衰减器，使输出的雷达模拟信号更接近真实信号，程控衰减器选用可控衰减集成电路，在程序指令的控制下完成对信号的步进衰减。

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