CN102830388A - 一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法，属于机载雷达调试、测试、标校领域。输入的中频模拟信号经过A/D模块转换为数字信号，低通滤波模块对数字信号做滤波处理，多普勒调制模块对低通滤波后的数字信号进行多普勒频移调制以及幅度调制，得到中频回波信号，回波信号经过一定时间的存储延时，经过D/A转化为模拟信号后发射给雷达。本发明还公开了一种二维空间运动目标实时仿真模拟器。本方法参数可控性好、仿真可重复性高，且所输出的中频信号杂散小，质量高；降低了研制成本,提高了系统工作性能；大大降低了外场测试所耗费的人力、物力、财力,且不受天气状况的影响。

Description

一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法

技术领域

本发明涉及一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法，属于机载雷达调试、测试、标校领域。

背景技术

二维空间运动目标实时仿真模拟器是用于机载雷达调试、测试和标校雷达系统性能的重要手段，在机载雷达操作的训练过程中，运动目标实时仿真模拟器可以提供具有高效费比的训练方法。

对于运动目标实时仿真模拟器中信号的产生，目前国内外多采用直接数字频率合成技术(DDS技术，或DDFS技术)。DDS技术有频率分辨率高、跳频速度快、频率稳定度高等优点，但DDS技术输出信号频带范围有限；输出杂散比较大且杂散分布复杂等缺点。

传统的应答信号源主要采用模拟技术实现，通常用于仿真简单雷达信号，限制了其应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法。本方法参数可控性好、仿真可重复性高，且所输出的中频信号杂散小，质量高；降低了研制成本，提高了系统工作性能；大大降低了外场测试所耗费的人力、物力、财力，且不受天气状况的影响。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种二维空间运动目标实时仿真模拟器包括：中频信号处理机、遥控器、IFF应答模块、频综及馈电天线，所述中频信号处理机包括A/D模块、D/A模块，低通滤波模块、多普勒调制模块；

其中，频综及馈电天线将接收到的中频模拟信号经过A/D模块得到中频数字信号，同时通过IFF应答模块返回应答信号给雷达；

低通滤波模块对中频数字信号进行低通滤波处理；

遥控器将目标参数传输给中频信号处理机，多普勒调制模块根据目标参数对低通滤波模块处理后的中频数字信号进行频移调制和幅度调制，得到中频回波信号；

中频回波信号经过延时进入D/A模块得到中频模拟输出信号，最后通过频综及馈电天线发射给雷达。

一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法包括如下步骤：

步骤1：输入的中频模拟信号经过A/D模块转换为中频数字信号；

步骤2：低通滤波模块对中频数字信号做滤波处理，具体方法如下：

同相支路 $s_I=\left\{s\left(t\right)\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{1}t\right)\right\}\⊗h\left(t\right)\≈\frac{1}{2}a\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}(f_0-f_1)t+\mathrm{\φ}),---\left(1\right)$

正交支路 $s_Q=\left\{s\left(t\right)\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{1}t\right)\right\}\⊗h\left(t\right)\≈-\frac{1}{2}a\left(t\right)\sin (2\mathrm{\π}(f_0-f_1)t+\mathrm{\φ}),---\left(2\right)$

其中，h(t)是低通滤波器的参数；f₁是引入的中间频率参数，取决于雷达中频信号的频率范围；f₀为雷达发射信号的频率；s(t)(s(t)＝a(t)cos(2πf₀t+φ))为二维空间运动目标实时仿真模拟器接收到的信号；φ为相位参数；t表示采样的时间；

步骤3：多普勒调制模块对低通滤波后的中频数字信号进行与运动目标速度相对应的多普勒频移调制和与运动目标雷达截面积点对应的幅度调制，得到中频回波信号，其具体方法如下：

同相支路s_II＝s_Icos[2π(f₁+f_d)t]，                        (3)

正交支路s_QQ＝s_Qsin[2π(f₁+f_d)t]，                        (4)

合成计算产生的信号s_r＝s_QQ+s_II，                          (5)

最终产生的回波信号为：

s_r(t)＝σ₀s_r即：s_r(t)＝σ₀a(t)cos(2πf₀t+φ+2πf_dt)，    (6)

其中，s_I表示同相支路信号经过低通滤波器的输出；

s_Q表示正交支路信号经过低通滤波器的输出；

f_d为目标多普勒频偏，其表达式为：

v为光速，λ为波长；

σ₀为目标的雷达截面积；

步骤4：根据目标所在的距离，回波信号经过一定时间的存储延时，经过D/A转化为模拟信号后发射给雷达。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)参数可控性好、仿真可重复性高，且所输出的中频信号杂散小，质量高。

(2)采用可编程器件完成信号处理和调制过程灵活性高，器件的功能完全取决于设计需求，降低了系统的研制成本，提高了系统的工作性能。

(3)大大降低了外场测试所耗费的人力、物力、财力，且不受天气状况的影响。

附图说明

图1为二维空间运动目标实时仿真模拟器组成示意图。

图2为二维空间运动目标实时仿真模拟器中中频信号处理机的原理示意图。

图3为二维空间运动目标实时仿真模拟器信号生成方法流程图。

图4为二维空间运动目标实时仿真模拟器信号生成方法时序图。

图5为二维空间运动目标实时仿真模拟器与已有模拟电路的目标仿真器输出信号杂散情况的比较图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示：二维空间运动目标实时仿真模拟器由遥控器、中频信号处理机、频综、IFF应答、馈电及天线和电源部分组成。遥控器用来将目标仿真参数、雷达工作参数传输给中频信号处理机；对二维空间运动目标实时仿真模拟器的工作过程进行管理。中频信号处理机完成信号处理和调制工作，在雷达工作、时钟信号的控制下，将目标的速度、距离、雷达截面积特征调制到雷达信号上，产生中频模拟信号输出。IFF应答用于敌我识别信号接收和应答。频综、馈电及天线负责对射频信号的接收和发射。

如图2所示的中频信号处理机的原理示意图：

其中，系统的核心部分可编程芯片选用EP3C25F324芯片，实现了通信、各种信号的处理和调制、回波数据的存储管理、信号的输出和频综、馈电及天线控制等功能；

A/D部分：包括：放大器和A/D芯片，A/D芯片选用ADS5440芯片；

D/A部分：包括D/A转换器和平滑滤波器，选用的是MAX5886。

IFF应答部分包括收发信号驱动芯片，可选用Lvds31_tssop芯片或Lvds32_tssop芯片；

晶振选用OSC202芯片；

通信接口驱动芯片选用的是MAX485；

配置芯片选用的是EPCS1618芯片；

频踪、天线控制驱动器选用的是Idt74fct373a_so芯片；

外部存储器选用的是A2s56d40ctp_g5芯片。

如图3所示的二维空间运动目标实时仿真模拟器信号生成方法流程图：本发明将所接收到的中频信号，经过A/D采样后，通过同相、正交支路低通滤波；将相应的运动目标参数调制到信号上得到回波信号的中频形式，即在数字域加入与运动目标速度相对应的多普勒频移调制以及与目标雷达截面积点对应的幅度调制；根据目标所在的距离，经过一定时间的存储延时，经过D/A变换后发射给雷达。信号处理和调制的过程由可编程器件完成，可以通过软件灵活改变相关参数，给设计带来很多方便。

如图4所示的二维空间运动目标实时仿真模拟器信号生成方法时序图：中频信号处理机通过信号线接收雷达的同步、时钟中频发射信号，通过通信接口接收遥控器传输过来的目标仿真参数。首先对接收到的中频信号进行低通滤波，然后实时地将目标的位置参数、运动参数调制到雷达发射信号上，产生带有相应的目标速度、雷达截面积等信息与雷达信号同步相参的目标回波中频模拟信号；根据目标的实时距离信息在相应的时间点发射信号。

一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法包括如下步骤：

步骤1：输入的中频模拟信号经过A/D模块转换为中频数字信号；

步骤2：低通滤波模块对中频数字信号做滤波处理，具体方法如下：

同相支路 $s_I=\left\{s\left(t\right)\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{1}t\right)\right\}\⊗h\left(t\right)\≈\frac{1}{2}a\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}(f_0-f_1)t+\mathrm{\φ}),---\left(1\right)$

正交支路 $s_Q=\left\{s\left(t\right)\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{1}t\right)\right\}\⊗h\left(t\right)\≈-\frac{1}{2}a\left(t\right)\sin (2\mathrm{\π}(f_0-f_1)t+\mathrm{\φ}),---\left(2\right)$

其中，h(t)是低通滤波器的参数；f₁是引入的中间频率参数，取决于雷达中频信号的频率范围；f₀为雷达发射信号的频率；s(t)(s(t)＝a(t)cos(2πf₀t+φ))为二维空间运动目标实时仿真模拟器接收到的信号；φ为相位参数；t表示采样的时间；

步骤3：多普勒调制模块对低通滤波后的中频数字信号进行与运动目标速度相对应的多普勒频移调制和与运动目标雷达截面积点对应的幅度调制，得到中频回波信号，其具体方法如下：

同相支路s_II＝s_Icos[2π(f₁+f_d)t]，                            (3)

正交支路s_QQ＝s_Qsin[2π(f₁+f_d)t]，                            (4)

合成计算产生的信号s_r＝s_QQ+s_II，                              (5)

最终产生的回波信号为：

s_r(t)＝σ₀s_r即：s_r(t)＝σ₀a(t)cos(2πf₀t+φ+2πf_dt)，        (6)

其中，s_I表示同相支路信号经过低通滤波器的输出；

s_Q表示正交支路信号经过低通滤波器的输出；

f_d为目标多普勒频偏，其表达式为：

v为光速，λ为波长；

σ₀为目标的雷达截面积；

步骤4：根据目标所在的距离，回波信号经过一定时间的存储延时，经过D/A转化为模拟信号后发射给雷达。

图5为二维空间运动目标实时仿真模拟器与已有模拟电路的目标仿真器输出信号杂散情况的比较图。120MHz附近的频谱为杂散点，与50MHz处的差值大小即为杂散大小。可见，本发明所涉及的仿真模拟器输出信号的杂散信号能量显著低于已有模拟电路输出信号的目标仿真器杂散能量。

可见，本发明所涉及二维空间运动目标实时仿真模拟器回波信号的响应时间快，图中信号质量达到最高信噪比所用的时间短(不到1ms)；信号质量好，输出信噪比高且信噪比达到稳定时基本不随时间变化而改变。

Claims (2)

1.一种二维空间运动目标实时仿真模拟器，其特征在于：包括中频信号处理机、遥控器、IFF应答模块、频综及馈电天线，所述中频信号处理机包括A/D模块、D/A模块，低通滤波模块、多普勒调制模块；

其中，频综及馈电天线将接收到的中频模拟信号经过A/D模块得到中频数字信号，同时通过IFF应答模块返回应答信号给雷达；

低通滤波模块对中频数字信号进行低通滤波处理；

遥控器将目标参数传输给中频信号处理机，多普勒调制模块根据目标参数对低通滤波模块处理后的中频数字信号进行频移调制和幅度调制，得到中频回波信号；

中频回波信号经过延时进入D/A模块得到中频模拟输出信号，最后通过频综及馈电天线发射给雷达。

2.一种数字域内的二维空间运动目标实时仿真信号生成方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：输入的中频模拟信号经过A/D模块转换为中频数字信号；

步骤2：低通滤波模块对中频数字信号做滤波处理，具体方法如下：

同相支路 $s_I=\left\{s\left(t\right)\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{1}t\right)\right\}\⊗h\left(t\right)\≈\frac{1}{2}a\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}(f_0-f_1)t+\mathrm{\φ}),---\left(1\right)$

正交支路 $s_Q=\left\{s\left(t\right)\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{1}t\right)\right\}\⊗h\left(t\right)\≈-\frac{1}{2}a\left(t\right)\sin (2\mathrm{\π}(f_0-f_1)t+\mathrm{\φ}),---\left(2\right)$

其中，h(t)是低通滤波器的参数；f₁是引入的中间频率参数，取决于雷达中频信号的频率范围；f₀为雷达发射信号的频率；s(t)(s(t)＝a(t)cos(2πf₀t+φ))为二维空间运动目标实时仿真模拟器接收到的信号；φ为相位参数；t表示采样的时间；

步骤3：多普勒调制模块对低通滤波后的中频数字信号进行与运动目标速度相对应的多普勒频移调制和与运动目标雷达截面积点对应的幅度调制，得到中频回波信号，其具体方法如下：

同相支路s_II＝s_Icos[2π(f₁+f_d)t]，                        (3)

正交支路s_QQ＝s_Qsin[2π(f₁+f_d)t]，                        (4)

合成计算产生的信号s_r＝s_QQ+s_II，                          (5)

最终产生的回波信号为：

s_r(t)＝σ₀s_r即：s_r(t)＝σ₀a(t)cos(2πf₀t+φ+2πf_dt)，        (6)

其中，s_I表示同相支路信号经过低通滤波器的输出；

s_Q表示正交支路信号经过低通滤波器的输出；

f_d为目标多普勒频偏，其表达式为：

v为光速，λ为波长；

σ₀为目标的雷达截面积；

步骤4：根据目标所在的距离，回波信号经过一定时间的存储延时，经过D/A转化为模拟信号后发射给雷达。

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