CN102305928A

CN102305928A - 透明模式的动态目标信号模拟方法

Info

Publication number: CN102305928A
Application number: CN201110138337A
Authority: CN
Inventors: 兰宏志
Original assignee: CETC 10 Research Institute
Current assignee: CETC 10 Research Institute
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: CN102305928B

Abstract

本发明提出一种透明模式的动态目标信号模拟方法，旨在提供一种耗费硬件资源小，能够进行远距离高精度、透明模式的动态目标信号模拟方法。本发明通过下述技术方案予以实现：(1)在可编程门阵列芯片FPGA外挂存储器组M，将透明模式的动态目标信号模拟器收到的中频信号A/D后，直接存储在作为距离延时的存储器组M中进行延时，用带上速度参数相应多普勒频率的时钟fR读出存储器组M中的数据，通过D/A输出，进行距离速度模拟；(2)监控处理计算机输入轨道参数，根据距离远近推算出时延大小和幅度衰减值，对目标距离进行模拟；(3)在读数据钟上加上轨道参数中速度对应的多普勒频率，读出的数据带上对应的多普勒频率，形成一个动态目标信号。

Description

透明模式的动态目标信号模拟方法

技术领域

本发明涉及一种在测控领域中，进行动态目标信号模拟时，对中频信号进行处理的方法。

背景技术

现有技术对距离、速度、加速度等目标信号进行的模拟，是通过模拟回波信号的时延和幅度变化来实现。一般连续波测控信号的测距是用测相来实现的，目标运动时距离发生变化，接收回波的相位也会发生变化，相关地产生回波多普勒频移ω_d，对应的收发信号间的相位差为

随时间而连续变化，亦即距离随时间发生变化。同时，速度及加速度的模拟也通过多普勒频移及其变化率得以实现。但现有的模拟源一般是在发端产生静态模拟信号，使用传统的延时线，没有时延无限长同时调节步进又无限小的延迟线来进行高精度大范围的动态模拟，只能实现静态模拟或准动态模拟；无法灵活地只分别对上行、下行进行模拟；没有改变初始距离的措施，无法根据要求方便地调节初始模拟距离，更无法模拟超远距离情况下，基带的距捕过程。总之，现有的静态模拟源或准动态模拟源都达不到动态模拟的效果，近期有一些动态模拟的方法虽然可以实现动态模拟，但需要预知信号格式，进行载波解调，过程比较复杂。而测控系统无论在研制或使用过程中，都需要有一套简单可靠，透明模式的动态模拟方法，模拟一个高度逼真的动态信号，来进行联试和设备的状态检验；使用方也希望有一个功能齐全，操作简单的动态模拟设备来进行动态目标环境下的日常训练和维护；特别是目标距离可能很近或很远的极限情况下，系统是否正常，尤其是在超远距离下，综合基带测距机的距离捕获过程是否正常，都需要在平时的试验中得到验证，才能确保执行正式任务时做到一次成功。现有静态或准动态模拟源无法实现上述功能，给研制和使用方都带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的的问题，提出一种简单可靠、耗费硬件资源小，无需知悉信号格式，透明模式下能够进行大范围高精度模拟动态目标，对中频信号的处理方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，本发明提供的一种透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在可编程门阵列芯片FPGA外挂存储器组M，将透明模式的动态目标信号模拟器收到的中频信号，通过模数转换器(A/D)后，直接存储在作为距离延时的存储器组M中进行延时，用带上相应多普勒频率的时钟f_R读出存储器组M中的数据，通过数模转换器(D/A)输出，进行距离速度模拟；

(2)与透明模式的动态目标信号模拟器相连接的监控处理计算机，输入轨道参数，通过计算机总线到数字信号处理器件(DSP)，DSP根据监控处理计算机输入轨道参数中的距离远近，推算出时延大小和幅度衰减值，进行目标距离模拟；

(3)DSP根据监控处理计算机输入轨道参数中的速度及加速度大小推算出读数据钟上的多普勒频率及其变化率，在读数据钟上加上对应的多普勒频率及其变化，对存储器组M进行异步读写数据，使读出的数据带上相应的多普勒频率及其变化率，进行速度及加速度多普勒模拟。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

简单可靠、耗费硬件资源小，在透明模式下，能够进行大范围高精度模拟动态目标中频信号。本发明将收到的中频信号直接存储在作为距离时延的存储器组M中，在读数据钟上加上轨道参数中速度对应的多普勒频率，进行异步读写数据，利用DDR2-SDRAM作为距离时延存储器组M，以有限的存储空间进行远距离、高精度模拟。由于对接收中频信号直接进行延时存储，不对信号进行解调和重新调制，只需根据模拟初始距离控制读数据的起始地址，在读数据钟上加上对应的多普勒频率，采用异步读写数据，使得读出的数据既得到了延时又带上了多普勒频率，既模拟了距离时延，又模拟了速度多普勒，还可以模拟加速度对应的多普勒变化，只要适当选取存储器组M的存储容量和读写数据的时钟，就能够对不同距离远近不同速度及不同精度的动态目标信号进行模拟，模拟器直接存储中频信号，不对接收到的信号进行解调和重新调制，实现简捷，模式透明。

功能齐全，操作简单。由于采用透明模式的动态目标信号模拟器，根据运动物体的距离变化和速度的关系，严格遵守运动方程

应用接收到的无线电测控信号，根据运动方程来进行模拟，而不是模拟器重新产生一个与原发射信号不相干的独立的信号来进行模拟，既保证了不改动原有设备又保证距离和速度严格相关，真正实现了距离和速度严格相关的动态模拟。由于不需要做解调处理，直接对接收到的无线电测控信号，进行距离延时和速度多普勒模拟，实现方式简单可靠，不耗费过多的硬件资源就能实现远距离、高精度动态模拟。

无需预知信号格式。本发明的模拟器在不需要预先知道信号格式的情况下，以一种透明模式对中频信号进行处理，可以单独模拟上行、下行，也可以上下行同时模拟；可以与新研设备一起配套，也可以在不动现有设备的情况下，与老设备配合使用，应用方便灵活。

本发明可编程门阵列芯片FPGA外挂存储器组M，由MT47H128M16-37构成的储器组，读写速率可达200MHz以上，能够高速读写，满足距离速度模拟精度要求。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。

图1是本发明对存储读写控制的时序图。

图2是本发明应用DDR2-SDRAM实现数据存储和延时控制的电路原理图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，按照图1对存储读写控制的时序图，在可编程门阵列芯片FPGA外挂存储器组M，将透明模式的动态目标信号模拟器收到的中频信号，通过模数转换器(A/D)后，直接存储在作为距离延时的存储器组M中进行延时，用带上相应多普勒频率的时钟f_R读出存储器组M中的数据，通过数模转换器(D/A)输出，进行距离速度模拟；

监控处理计算机输入轨道参数，DSP根据监控处理计算机输入轨道参数中的距离远近推算出时延大小和幅度衰减值，进行目标距离模拟；

DSP根据监控处理计算机输入轨道参数中的速度及加速度大小推算出读数据钟上的多普勒频率及其变化率，在读数据钟上加上对应的多普勒频率及其变化，对存储器组M进行异步读写数据，使得读出的数据带上相应的多普勒频率及其变化率，进行速度及加速度多普勒模拟。

透明模式的动态目标信号模拟器收到的中频信号直接存储在作为距离时延的存储器组M中，在读数据钟上加上轨道参数中速度及加速度对应的多普勒频率及其变化率，数据在存储器组M中进行延时存储的同时进行异步读写，读出的数据带上相应的多普勒频率及其变化率，形成一个动态目标信号，在模拟距离的同时模拟了速度和加速度，距离速度和加速度严格相关。

距离变化和速度的关系，严格遵守运动方程

其中R为t时刻的瞬时距离，R₀为起始时刻t₀时的距离(起始模拟距离)，v(t)为t时刻的瞬时速度，根据最大模拟距离和最高模拟精度，选取存储器组M的存储容量和读写数据基准时钟，实现不同远近及不同精度的动态模拟。

对中频信号直接进行存储处理，不对信号进行解调和重新调制，无需预知信号格式，对接收信号来说是全透明的处理。因为存储器组M读写数据之间存在时延，而且时延可以根据不同的地址选择进行控制，把DDR2-SDRAM芯片组成的存储器组M作为模拟器模拟距离时延的延迟线，利用存储器组M读写数据之间存在时延，进行距离模拟。根据最大模拟距离和最高模拟精度，选取存储器组M的存储容量和读写时钟。

监控处理计算机输入轨道参数，数字信号处理器件DSP根据轨道参数中的距离数据推算出时延大小和输出幅度，选择控制延时寄存器的读地址及信号幅度衰减器的衰减量，模拟目标距离远近；DSP根据轨道参数中的速度及加速度计算出多普勒频率及其变化率，控制存储器组M的读写数据时钟，在读数据时钟上加上对应的多普勒频率及其变化率，从存储器组M中读出的数据也就带上了对应的多普勒频率及其变化率，模拟目标运行速度快慢。距离、速度、加速度、幅度等动态特性同时模拟，整个过程无需预知信号格式，不对信号进行解调和重新调制，是一种透明模式的动态目标信号模拟处理。

参阅图2。在透明模式的动态目标信号模拟器中，可编程门阵列芯片FPGA外挂存储器组M作为数据延迟线。存储器组M由4片DDR2-SDRAM芯片MT47H128M16-37构成，存储器组M采用异步读写数据，读数据钟上加对应的多普勒频率及其变化率。根据距离远近和模拟时间的长短设置存储器组M的容量大小，根据距离远近控制存储器组读地址初始值，根据速度快慢控制多普勒频率。

假设存储器组M以读写基准时钟f_W为写时钟，当写使能W_en为高有效时，在f_W的每个上升沿数据被写入到地址寄存器(WA)所指的存储器组M空间，然后WA的值加1；当读使能R_en为高有效时，根据初始距离的远近选择不同的读地址寄存器(RA)，RA所指的RAM单元的数据以读写基准钟带上相应多普勒频率的时钟f_R为读时钟读出，然后RA的值也加1。由于RA总是比WA落后D(模N的意义下)，这样读出的数据总是比写入的数据延迟D个时钟周期。根据初始距离的远近控制读出数据的地址，即通过改变寄存器D的值，就可以改变读出/写入时延大小。当WA或RA的值等于N-1时，下一个周期该值重新置为0，这样RAM的单元可循环使用存储器组M。

如果目标运行的速度为v，加速度为a，光速为c，上下行射频频率转发比为ρ，射频频率为f_t，则射频上的单向多普勒频率及其变化率

射频上的双向多普勒频率及其变化率

读写存储器组M基准钟频率为f_W，基准钟上的多普勒频率基准钟上的多普勒频率变化率读存储器组M时钟f_R＝f_W+f_Wd，读存储器组M时钟上的多普勒变化率若存储器组M存储的中频信号频率为f_I，经过对存储器组M的异步读写后，则中频信号上的多普勒频率及其变化率为

侧音上也成比例带上对应的多普勒频率及其变化率。

在实现大范围高精度模拟时，透明模式的动态目标信号模拟器接收测控系统发出的无线电测控信号，经下变频后的中频信号通过模数转换(A/D)输入存储器组M中进行延时，用带上相应多普勒频率的时钟f_R读出存储器组M中的数据，通过数模转换(D/A)输出，实现距离速度模拟。

以DDR2-SDRAM存储器颗粒构成存储器组M作数据延迟线，采用异步读写数据，写存储器组M用固定的基准时钟f_W作为写钟，读存储器组M的读时钟f_R根据模拟速度和加速度的大小实时控制，对存储器组M进行异步读写操作，实现速度加速度模拟。

透明模式的动态目标信号模拟器分别模拟上行单向、下行单向、上下行双向的情况，在只模拟上行单向时，模拟器信道收上行频率，发上行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按上行单向计算；只模拟下行时，模拟器信道收下行频率，发下行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按下行单向计算；模拟上下行双向时，模拟器信道收上行频率，发下行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按上下行双向计算。

本发明根据运动物体的距离变化和速度的关系，严格遵守运动方程

来进行模拟，把接收到的无线电测控信号，直接进行距离延时和速度多普勒模拟，形成一个动态目标信号，其相位随距离时延变化，多普勒频移ω_d随速度和加速度变化，幅度随距离远近及天线与目标的对准情况而变化。距离、速度、加速度等动态参数严格相关，模拟过程中不需要做解调处理，对接收到的无线电测控信号变频后，直接进行距离延时和速度多普勒模拟处理，实现方式简单可靠，不耗费过多的硬件资源就能实现远距离、高精度动态模拟。

Claims

1.一种透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于包括如下步骤：

2.按权利要求1所述的透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，数据在存储器组M中进行延时存储的同时进行异步读写，读出的数据带上相应的多普勒频率及其变化率，形成一个动态目标信号，在模拟距离的同时模拟速度和加速度，距离速度和加速度严格相关；距离变化和速度的关系，严格遵守运动方程

根据最大模拟距离和最高模拟精度，选取存储器组M的存储容量和读写数据基准时钟，进行不同远近及不同精度的动态模拟，其中，R为t时刻的瞬时距离，R₀为起始时刻t₀时的起始模拟距离，v(t)为t时刻的瞬时速度。

3.按权利要求1透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，设存储器组M的写时钟为读写基准钟f_W，当写使能W_en为高有效时，在f_W的每个上升沿数据被写入到地址寄存器(WA)，然后WA的值加1；当读使能R_en为高有效时，根据初始距离的远近选择不同的读地址寄存器(RA)，RA所指的RAM单元的数据以读写基准钟带上相应多普勒频率的时钟f_R为读时钟读出，然后RA的值也加1，假如存储器组M有N个读写地址，当WA或RA的值等于N-1时，地址又从0开始，进入下一个周期，存储器组M循环使用。

4.按权利要求3所述的透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，如果射频频率为f_t，射频上的单向多普勒频率及其变化率

射频上的双向多普勒频率及其变化率

读写存储器组M的基准钟频率为f_W，

读存储器组M的时钟f_R＝f_W+f_Wd，

若存储器组M存储的中频信号频率为f_I，经过对存储器组M的异步读写后，则中频信号上的多普勒频率及其变化率为

侧音上也成比例带上对应的多普勒频率及其变化率。

5.按权利要求1透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，所述储器组M由MT47H128M16-37构成，用DDR2-SDRAM芯片MT47H128M16-37构成存储器组M作为数据延迟线。

6.按权利要求1透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，写存储器组M用固定的基准时钟f_W，读存储器组M时钟f_R根据模拟速度和加速度的大小实时控制，对存储器组M进行异步读写操作，实现速度加速度模拟。

7.按权利要求1透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，数字信号处理器件(DSP)根据模拟初始距离的远近控制读存储器组M的起始地址，从而控制存储器组M延时时间的长短。

8.按权利要求4所述的透明模式的动态目标信号模拟方法，其特征在于，在只模拟上行单向时，模拟器信道收上行频率，发上行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按上行单向计算；只模拟下行时，模拟器信道收下行频率，发下行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按下行单向计算；模拟上下行双向时，模拟器信道收上行频率，发下行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按上下行双向计算。