CN102545935B - 射频仿真系统校准接收装置及射频仿真系统校准接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频仿真系统校准接收装置，其包括至少两个信号接收通道，每个信号接收通道都由微波天线、微波开关、参考信号、混频器、中频放大器组成。同时公开了一种基于该射频仿真系统的校准接收方法，该方法先采集得到校准信号，然后再对宽带接收天线的信号进行分析，最终实现对目标的定位。本发明的装置和方法可应用于多频段射频仿真校准系统，不仅可用于厘米波仿真系统，也可以用于毫米波仿真系统，应用范围广泛；本发明具有高的灵敏度，大的动态范围以及很强的抗干扰能力；本发明所提出的方法简单易行，由于接收的信号直接送入网络分析仪进行测量，测量速度快，测量精度高。

Description

射频仿真系统校准接收装置及射频仿真系统校准接收方法

技术领域

本发明是一种无线信号校准接收装置，尤其涉及一种在射频仿真系统中应用的校准接收装置，同时涉及一种应用该校准接收装置接收信号的方法。

背景技术

射频仿真技术可以通过低成本的半实物仿真手段，采用被动、半主动、主动等多种方式对导弹运行过程中的追踪目标进行模拟；同时它还可以模拟自然环境中的各种杂波类型，以及干扰、多目标、闪烁等现象。这种模拟技术可以以较低的成本对导弹导引系统的性能做出全面的评估。

校准系统是射频仿真系统的重要组成部分，它主要负责对射频仿真系统中的微波馈电网络和天线阵面上的辐射天线进行测量标定。校准系统中的核心装置为校准接收机。其工作原理与雷达接收机的工作原理十分相似。

在雷达接收机的发展过程中，曾出现过超再生式接收机、晶体视频接收机和调谐式接收机，然而自从超外差式接收机出现后，由于其灵敏度高和抗干扰能力强，使得几乎所有的雷达系统都采用了超外差式接收机。

发明内容

技术问题

本发明要解决技术问题是提供一种用于射频仿真系统的校准接收装置，并涉及一种基于该校准接收装置的射频仿真系统的校准接收方法。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的射频仿真系统校准接收装置，包括至少两个信号接收通道，每个信号接收通道都由微波天线、微波开关、参考信号、混频器、中频放大器组成；其中，在第一信号接收通道中，第一组宽带接收天线即微波天线接收的信号和外界输入的第一参考信号同时经过第一微波数控开关输入第一混频器，经过第一混频器处理后经过第一窄带放大器处理转换为第一中频信号输出；在第二信号接收通道中，第二组宽带接收天线接收的信号和外界输入的第二参考信号同时经过第二微波数控开关输入第二混频器，经过第二混频器处理后经过第二窄带放大器处理转换为第二中频信号输出；外界本振输入信号经功率分配器分为两路信号，分别经过第一、第二隔离器输入第一、第二混频器；所述的第一中频信号和第二中频信号再进入中频网络分析仪，由其测出两通道信号的相位差和幅度差。根据该相位差和幅度差即可进行射频仿真系统的校准工作。

更进一步地，所述的宽带接收天线组中至少包括两个作为接收天线的喇叭天线，即第一宽带接收天线组至少由第一喇叭天线和第二喇叭天线组成，第二宽带接收天线组至少由第三喇叭天线和第四喇叭天线组成。其中，第一、第三喇叭天线处于水平方向上，第二、第四喇叭天线处于垂直方向上，四个喇叭天线分别处于菱形的四个端点上，且可根据信号不同的频段选用不同频段的天线和极化方式。

所述微波数控开关用来选择不同的天线和极化方式；所述混频器将射频信号下变频至中频信号；所述窄带高增益放大器的增益一般要求大于70db。

在射频仿真系统校准领域，校准接收装置的主要作用之一是测量仿真系统模拟目标的视在角位置，在雷达系统中测角的方法可分为振幅法和相位法两种。但是，振幅法测角系统较为复杂，且测角的精度远远低于相位法。另外在仿真系统实际使用中，阵面天线的方向图各不相同，而振幅法测角不仅依赖于接收机天线的方向图，还依赖于发射天线的方向图，导致无法使用振幅法测角，在应用上有较多限制。而本发明采用相位法测角，利用多个天线所接收的雷达信号之间的相位差进行测角。

设校准接收机的四个接收天线分别用A、B、C、D表示，分别处于一个菱形的四个端点上，这里取水平方向上的A，B天线来说明接收机的相位法测角原理，竖直方向上C、D天线也是采用这个原理来测角。不同的是A，B用来测量目标的方位角，C、D用来测量目标的俯仰角。设天线A和天线B的间距为d，基线的中心点为O点，在远场区方向上有一辐射源(则到达接收校准接收机的目标反射波近似为平面波)，波束最大方向与天线A和B基线的法线偏角为α，则天线A距辐射源的距离R_A为：

$=\sqrt{R^2[1+{(d/2R)}^2-d/R\sin \mathrm{\α}}$

因为d＜＜R，而(d/2R)²＜＜1，d·sinα/R＜＜1

根据泰勒展开式有： $R_A\≈R[1+\frac{1}{2}{\left(\frac{d}{2R}\right)}^2-\frac{d}{2R}\sin \mathrm{\α}],$

同理， $R_B\≈R[1+\frac{1}{2}{\left(\frac{d}{2R}\right)}^2+\frac{d}{2R}\sin \mathrm{\α}]$

则波程差ΔR≈R_B-R_A＝d sinα，

故校准系统两个通道接收到的信号，由于存在的波程差而产生相位差

其中λ为雷达信号的波长。如果用网络分析仪进行比相，测量出其相位差

就可以确定目标方向α。

本发明校准接收装置的另一个主要作用是对天线阵面上的天线阵列进行幅度和相位校准，其基本原理是以直接接入接收机的参考信号为基准，将接收机接收到的辐射信号与参考信号相比较，再通过调节天线阵面背面的微波网络，使得天线阵列上的天线辐射出来的信号相位和幅度一致。

相应的，本发明的射频仿真系统校准接收方法基于上述的射频仿真系统校准接收装置，首先采集得到至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号或至少两组宽带接收天线的信号；再分别将所述至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号或至少两组宽带接收天线的信号输入网络分析仪进行测量，测量得到两路信号的幅度差和相位差；根据测量得到的至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号的幅度差和相位差，调节天线阵面背面的微波馈电网络，使得天线阵面上的天线阵列辐射出来的信号幅度和相位一致，根据测量得到的至少两组宽带接收天线的信号的幅度、相位差，对天线阵面上的模拟目标进行定位，至此完成对射频仿真系统的校准接收过程。

有益效果

本发明的装置和方法可应用于多频段射频仿真校准系统，不仅可用于厘米波仿真系统，也可以用于毫米波仿真系统，应用范围广泛；本发明具有高的灵敏度，大的动态范围以及很强的抗干扰能力；本发明所提出的方法简单易行，由于接收的信号直接送入网络分析仪进行测量，测量速度快，测量精度高；本发明不仅可以测量两路信号的幅度和相位差，还可以测量单路信号的幅度值和相位值；本发明通过TTL电平控制微波开关的通断，因此可以通过计算机进行远程控制，并可以通过计算机远程和网络分析仪进行通信，来获取两通道接收信号的测量值；本发明的装置和方法精度高，定位精度优于1mrad。

附图说明

图1为本发明采用的相位法测角的原理图。

图2为本发明校准接收装置的组成框图。

具体实施方式

如图2所示，本实施例的射频仿真系统校准接收装置，包括两个信号接收通道，每个信号接收通道都由微波天线、微波开关、参考信号、混频器、中频放大器组成；其中，在第一信号接收通道中，第一组宽带接收天线即微波天线接收的信号和外界输入的第一参考信号同时经过第一微波数控开关输入第一混频器，经过第一混频器处理后经过第一窄带放大器处理转换为第一中频信号输出；在第二信号接收通道中，第二组宽带接收天线接收的信号和外界输入的第二参考信号同时经过第二微波数控开关输入第二混频器，经过第二混频器处理后经过第二窄带放大器处理转换为第二中频信号输出；外界本振输入信号经功率分配器分为两路信号，分别经过第一、第二隔离器输入第一、第二混频器；所述的第一中频信号和第二中频信号再进入中频网络分析仪，由其测出两通道信号的相位差和幅度差。根据该相位差和幅度差即可进行射频仿真系统的校准工作。经接收天线进入接收机的信号首先要经过微波开关进行选择，微波数控开关的作用是选择当前通路所需要测量的微波信号。信号经过微波数控开关后，进入混频器，混频器将接收机的射频信号变换成中频信号，变换出来的中频输出信号，经中频放大器放大，送至网络分析仪的一个测量端口进而进行分析。

本实施例中，宽带接收天线用于接收阵面辐射的射频信号，微波开关用于选择接收机的工作模式，功率分配器用于将本振信号分为相同的两路，供两通道分别混频使用；隔离器用于隔离两路接收信号，防止接收到的两路微波信号之间出现干扰，避免测量结果不准确，影响测量精度；混频器用于将高频信号与本振信号进行差频，产生中频信号，提高测量相位的精度；窄带放大器为窄带高增益放大器，用于将混频产生的信号进行滤波，降低混频信号中谐波的功率并放大混频后的中频信号。

本实施例中，所述的宽带接收天线组中至少包括两个喇叭天线，即第一宽带接收天线组至少由第一喇叭天线和第二喇叭天线组成，第二宽带接收天线组至少由第三喇叭天线和第四喇叭天线组成。其中，第一、第三喇叭天线处于水平方向上，第二、第四喇叭天线处于垂直方向上，四个喇叭天线分别处于菱形的四个端点上，且可根据信号不同的频段选用不同频段的天线和极化方式。

本实施例之所以采用中频放大器，是因为中频放大器不仅比微波放大器成本低，增益高、稳定性好，而且容易对信号进行匹配滤波，从而获得更高的灵敏度。对于射频仿真系统中使用的校准接收机，在使用时频率值是已知的，对于不同频率不同频段的接收机，都可以通过变换本振频率，使其形成固定中频频率和带宽的中频信号，因此可以使用带宽非常窄的滤波器对混频信号进行滤波，以提高整个系统的灵敏度。

本实施例中，校准接收装置的参考信号，来自于天线阵面背面处的射频信号，是由该射频信号经功率分配器分配出来的。功率分配器分配出来的另外一路信号通过微波馈电网络馈送至天线阵列并由校准接收机接收。接收机根据不同的测量模式对参考信号和接收到的射频信号进行滤波，放大，并送入网络分析仪进行测量。

其测量模式和测量功能如下：第一喇叭天线、第三喇叭天线水平极化时可以测量目标的方位角；第二喇叭天线、第四喇叭天线水平极化时可以测量目标的俯仰角；第一喇叭天线或者第三喇叭天线可以单路测试目标信号的幅度值和相位值；第一喇叭天线或者第三喇叭天线接收的信号与参考信号进行比较，可以测量出接收信号和参考信号幅度和相位上的差值。

如图1所示，本实施例的基于射频仿真系统校准接收装置的射频仿真校准方法，其主要步骤为：将天线阵面处的射频信号源产生的射频信号经功率分配器分配后，经由埋在地沟里的射频电缆接入校准接收机，作为校准参考信号；采集得到至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号；分别将至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号输入网络分析仪进行测量，测量得到两路信号的幅度差和相位差；根据步骤三测量得到的幅度差和相位差，调节天线阵面背面的微波馈电网络，使得天线阵面上的天线阵列辐射出来的信号幅度和相位一致，此为校准过程；然后再采集得到至少两组宽带接收天线的信号用于接下来的目标定位；再分别将至少两组宽带接收天线的信号输入网络分析仪进行测量，测量得到两路信号的幅度差和相位差；根据步骤六测量得到的相位差，对天线阵面上的模拟目标进行定位。

Claims (5)

1.一种射频仿真系统校准接收装置，其特征在于，包括至少两个信号接收通道，其中，第一信号接收通道中，第一宽带接收天线组接收的信号和外界输入的第一参考信号同时经过第一微波数控开关输入第一混频器，经过第一混频器处理后经过第一窄带放大器处理转换为第一中频信号输出；第二信号接收通道中，第二宽带接收天线组接收的信号和外界输入的第二参考信号同时经过第二微波数控开关输入第二混频器，经过第二混频器处理后经过第二窄带放大器处理转换为第二中频信号输出；外界本振输入信号经功率分配器分为两路信号，分别经过第一、第二隔离器输入第一、第二混频器；所述的第一中频信号和第二中频信号再进入中频网络分析仪，由其测出两通道信号的相位差和幅度差；根据测量得到的至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号的幅度差和相位差调节天线阵面背面的微波馈电网络，使得天线阵面上的天线阵列辐射出来的信号幅度和相位一致，根据测量得到的至少两组宽带接收天线的信号的幅度、相位差，对天线阵面上的模拟目标进行定位。

2.如权利要求1所述的射频仿真系统校准接收装置，其特征在于，所述的第一、第二宽带接收天线组中至少包括两个天线。

3.如权利要求2所述的射频仿真系统校准接收装置，其特征在于，第一宽带接收天线组由第一接收天线和第二接收天线组成，第二宽带接收天线组由第三接收天线和第四接收天线组成，其中，第一接收天线和第二接收天线在水平方向上设置，第三接收天线和第四接收天线在竖直方向上放置，第一接收天线、第二接收天线组成、第三接收天线和第四接收天线分别处在菱形的四个端点上。

4.如权利要求2或3所述的射频仿真系统校准接收装置，其特征在于，所述的接收天线为用于接收阵面辐射射频信号的宽带接收天线。

5.一种基于权利要求1所述射频仿真系统校准接收装置的射频仿真系统校准方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

步骤一：将天线阵面处的射频信号源产生的射频信号经功率分配器分配后，经由预埋的射频电缆接入校准接收机，作为校准参考信号；

步骤二：采集得到至少一组宽带接收天线的信号与一组校准参考信号；

步骤三：分别将至少一组宽带接收天线的信号与一组参考信号输入网络分析仪进行测量，测量得到两路信号的幅度差和相位差；

步骤四：根据步骤三测量得到的幅度差和相位差，调节天线阵面背面的微波馈电网络，使得天线阵面上的天线阵列辐射出来的信号幅度和相位一致，此为校准过程；

步骤五：采集得到至少两组宽带接收天线的信号；

步骤六：分别将至少两组宽带接收天线的信号输入网络分析仪进行测量，测量得到两路信号的幅度差和相位差；

步骤七：根据步骤六测量得到的相位差，对天线阵面上的模拟目标进行定位。

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