CN103064069A - 利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及雷达技术领域，公开了一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统。其中该方法包括：设定各项参数：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF、预定的标准差std；将所述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号；计算所述高斯信号的理论谱宽；利用测试通道和接收通道计算所述高斯信号的实际谱宽；判断所述理论谱宽和实际谱宽之间的差值是否超出预设的范围，如果是，发送第一消息，否则发送第二消息；所述第一消息用于指示所述雷达系统故障，所述第二消息用于指示所述雷达系统无故障。实施本发明实施例，可以实现对信号处理算法、测试通道和接收通道的测试。

Description

利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统。

背景技术

多普勒天气雷达具有实时探测回波强度（dBZ）、径向速度（v）和谱宽（w）等气象参数的功能，可对暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气进行有效监测和预警，对大范围降水进行定量测量，监测恶劣天气带来的风灾，获取降水区中风场信息和一定强的晴空探测能力，已广泛应用于气象、水利、航空、军事和科研等部门。

多普勒天气雷达的工作原理即以多普勒效应为基础，具体表现为：当降水粒子相对雷达发射波束相对运动时，可以测定接收信号与发射信号的高频频率之间存在的差异，从而得出所需的信息。运用这种原理，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气等具有重要意义。

现有的多普勒天气雷达中一般内置了固化的谱宽标定算法，但是只能完成一个固定的预设的谱宽标定，而且是通过移相完成的。在多普勒天气雷达的使用中，需要生成指定谱宽的模拟信号来检查信号处理算法及检查接收通道、测试通道，现有技术中采用的内置的谱宽标定算法不能用来检查信号处理算法及检查接收通道、测试通道。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统，用于生成实现对信号处理算法、测试通道和接收通道的测试。

本发明实施例提供一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法，包括：

设定各项参数：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF、预定的标准差std；

将所述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号；

计算所述高斯信号的理论谱宽；

利用测试通道和接收通道计算所述高斯信号的实际谱宽；

判断所述理论谱宽和实际谱宽之间的差值是否超出预设的范围，如果是，发送第一消息，否则发送第二消息；所述第一消息用于指示所述雷达系统故障，所述第二消息用于指示所述雷达系统无故障。

相应的，本发明实施例还提供一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统，包括：

设定模块，用于设定各项参数：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF、预定的标准差std；

构造模块，用于将所述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号；

第一计算模块，用于计算所述高斯信号的理论谱宽；

第二计算模块，用于利用测试通道和接收通道计算所述高斯信号的实际谱宽；

判断模块，用于判断所述理论谱宽和实际谱宽之间的差值是否超出预设的范围；

发送模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，发送第一消息，以及用于当所述判断模块的判断结果为否时，发送第二消息；所述第一消息用于指示所述雷达系统故障，所述第二消息用于指示所述雷达系统无故障。

本发明实施例中，本实施例中，可根据设定的参数构造所需的高斯信号，计算高斯信号的理论谱宽，并对信号进行衰减后采集雷达信号计算得到实际谱宽，通过将理论谱宽和实际谱宽的比较，可以实现对信号处理算法、接收通道和测试通道的测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法的流程第一示意图；

图2是本发明实施例一提供的利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法的流程第二示意图；

图3是本发明实施例二提供的利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统的结构第一示意图；

图4是本发明实施例二提供的利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统的结构第二示意图；

图5是本发明实施例二提供的利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统的结构第三示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供了一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统，用于实现对信号处理算法、测试通道和接收通道的测试。以下分别进行详细说明。

实施例一：

本发明提供一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法，如图1所示，包括：

101、设定各项参数；

其中上述各项参数即是：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF及预定的标准差std；

102、将上述各项参数代入预定的信号处理算法构造高斯信号；

103、计算上述高斯信号的理论谱宽W1；

104、利用测试通道和接收通道计算上述高斯信号的实际谱宽W2；

105、判断上述理论谱宽W1和实际谱宽W2之间的差值是否超出预设的范围，如果是，执行步骤106，否则执行步骤107；

其中，上述预设的范围可由用户自行预先设定，如设置为1m/s，当然本领域技术人员也可以根据实际情况作其他的设定，在此不作具体地限制；

106、发送第一消息；上述第一消息用于指示上述雷达系统故障；

107、发送第二消息，上述第二消息用于指示上述雷达系统无故障。

具体地，上述步骤102包括：

102A、根据上述预定的参数构造初始矢量信号：

gx[i]=i·(PRF·C/FREQ/2)/N  i＝0,..N-1；其中C为光速；

102B、将所述初始矢量信号代入如下公式以构造满足上述参数的高斯信号：

y[i]=exp(-(gx[i])²/2/std²)  i=0,...N-1。

具体地，上述步骤103包括：

103A、对上述高斯信号进行离散傅里叶变换生成时域信号：

$x\left(k\right)=\mathrm{DFS}\left[x\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}};$

103B、将上述时域信号代入如下公式计算第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1：

$R0\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)\·x^{*}\left(i\right);$ $R1\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)\·x^{*}(i+1);$

103C、将第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1代入如下公式计算上述高斯信号的理论谱宽W1：

$W1=\sqrt{\ln (R0/R1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

具体地，上述步骤104包括：

104A、根据上述第一零阶自相关系数R0计算脉冲衰减值：

db[i]=20*log(R0)；

104B、根据上述脉冲衰减值对上述高斯信号进行衰减得到雷达信号（脉冲模拟信号）；

104C、将所述雷达信号通过测试通道传输至接收通道；

104D、通过测试通道采集上述雷达信号得到时序数据z(i)；

104E、根据上述时序数据z(i)计算第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1： $T0\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}z\left(i\right)\·z^{*}\left(i\right);$ $T1\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}z\left(i\right)\·z^{*}(i+1);$

104F、将所述第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1代入如下公式计算实际谱宽W2： $W2=\sqrt{\ln (T0/T1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

进一步地，如图2所示，该方法还可包括：

108、接收并显示上述第一消息或第二消息。

上述第一消息或第二消息可通过有线或无线的方式发送至显示设备，显示设备接收之后，可将上述第一消息或第二消息显示出来。

本实施例中，可根据信号处理算法和设定的参数构造所需的高斯信号，计算高斯信号的理论谱宽，并对信号进行衰减后通过测试通道传输至接收通道，再通过接收通道采集雷达信号计算得到实际谱宽，通过将理论谱宽和实际谱宽的比较，可以实现对信号处理算法、测试通道和接收通道的测试。具体的是当得到的实际谱宽和理论谱宽的差值超出预设的范围时，则说明信号处理算法、测试通道和接收通道中的至少一个出现了问题，即雷达系统出现了故障。

实施例二、

本发明还提供一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统，其中该系统可用于执行如图1所示的方法，如图3所示，该系统包括：

设定模块10，用于设定各项参数：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF、预定的标准差std；

构造模块20，用于将上述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号；

第一计算模块30，用于计算上述高斯信号的理论谱宽；

第二计算模块40，用于利用测试通道和接收通道计算上述高斯信号的实际谱宽；

判断模块50，用于判断上述理论谱宽和实际谱宽之间的差值是否超出预设的范围：

发送模块60，用于当上述判断模块的判断结果为是时，发送第一消息，以及用于当上述判断模块的判断结果为否时，发送第二消息；上述第一消息用于指示上述雷达系统故障，上述第二消息用于指示上述雷达系统无故障。

具体地，构造模块20可包括：

第一构造单元201，用于根据上述预定的参数构造初始矢量信号：

gx[i]＝i·(PRF·C/FREQ/2)/N    i＝0，..N-l；其中C为光速；

第二构造单元202，用于将上述初始矢量信号代入如下公式以构造满足上述参数的高斯谱：

y[i]＝exp(-(gx[i])²/2/std²)    i＝0，..N-1。

具体地，第一计算模块30包括：

变换单元301，用于对上述高斯信号进行离散傅里叶变换生成时域信号：

$x\left(k\right)=\mathrm{DFS}\left[x\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}};$

第一计算单元302，用于根据上述时域信号计算第一零阶自相关系数R0

第二计算单元303，用于将所述第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1代入下列公式计算上述高斯信号的理论谱宽W1：

$W1=\sqrt{\ln (R0/R1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

具体地，第二计算模块40具体包括：

第三计算单元401，用于根据上述第一零阶自相关系数R0计算脉冲衰减值：db[i]＝20*log(R0)；

衰减单元402，用于根据上述脉冲衰减值对上述高斯信号进行衰减得到雷达信号；衰减单元402可以是雷达中的衰减器；

传输单元403、用于将上述雷达信号通过测试通道传输至接收通道；

采集单元404，用于通过上述接收通道采集上述雷达信号得到时序数据z(i)；

第四计算单元405，用于根据上述时序数据计算第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1：

$T1\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}z\left(i\right)\·z^{*}(i+1);$ $T0\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}z\left(i\right)\·z^{*}\left(i\right);$

第五计算单元406，用于将所述第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1代入如下公式计算上述高斯信号的实际谱宽W2：

$W2=\sqrt{\ln (T0/T1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

在计算得到实际谱宽W2之后，可将实际谱宽W2与理论谱宽W1进行比较，来判断实际谱宽W2与理论谱宽W1的差距是否超出允许的范围（预先设定），当超出了允许的范围，则可说明雷达系统故障，其中可能是信号处理算法、测试通道和接收通道的任意一个或多个出现了问题。

其中，上述允许的范围可由用户自行预先设定，如设置为1m/s，当然本领域技术人员也可以根据实际情况作其他的设定，在此不作具体地限制。

需要说明的是，上述的时序数据也可称为IQ（Inphase Quadrature）数据，是将雷达信号进行相移后相差90度的信号。

可选地，如图4所示，该利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统还可包括：

显示模块70，用于接收并显示上述第一消息或第二消息。

在完成测试之后，显示模块70可通过有线或无线的方式接收并显示测试结果（第一消息或第二消息）。

本实施例中，该系统可根据信号处理算法和设定的参数构造所需的高斯信号，计算该高斯信号的理论谱宽，并对信号进行衰减后通过测试通道传输至接收通道，再通过接收通道采集雷达信号计算得到实际谱宽，通过将理论谱宽和实际谱宽的比较，可以实现对信号处理算法、测试通道和接收通道的测试。具体的是当得到的实际谱宽和理论谱宽的差值超出预设的范围时，则说明信号处理算法、测试通道和接收通道中的至少一个出现了问题，即雷达系统出现了故障。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取器（Random Access Memory，RAM）、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的方法，其特征在于，包括：

设定各项参数：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF、预定的标准差std；

将所述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号；

计算所述高斯信号的理论谱宽；

利用测试通道和接收通道计算所述高斯信号的实际谱宽；

判断所述理论谱宽和实际谱宽之间的差值是否超出预设的范围，如果是，发送第一消息，否则发送第二消息；所述第一消息用于指示所述雷达系统故障，所述第二消息用于指示所述雷达系统无故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号包括：

根据所述参数构造初始矢量信号：

gx[i]=i·(PRF·C/FREQ/2)/N    i＝0,..N-1；其中C为光速；

将所述初始矢量信号代入如下公式以构造满足所述参数的高斯信号：

y[i]=exp(-(gx[i])²/2/std²)    i=0,..N-1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述高斯信号的理论谱宽包括：

对所述高斯信号进行离散傅里叶变换生成时域信号：

$x\left(k\right)=\mathrm{DFS}\left[x\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}};$

将所述时域信号代入以下公式计算第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1：

$R0\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)\·x^{*}\left(i\right);$ $R1\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)\·x^{*}(i+1);$

将所述第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1代入下列公式计算得到所述高斯信号的理论谱宽W1：

$W1=\sqrt{\ln (R0/R1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用测试通道和接收通道计算所述高斯信号的实际谱宽包括：

根据所述第一零阶自相关系数R0计算脉冲衰减值：db[i]＝20*log(R0)；

根据所述脉冲衰减值对所述高斯信号进行衰减得到雷达信号；

将所述雷达信号通过测试通道传输至接收通道；

通过所述接收通道采集所述雷达信号得到时序数据z(i)；

根据所述时序数据计算所述雷达信号的第二零阶自相关系数T0和第二一

将所述第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1代入如下公式计算所述高斯信号的实际谱宽W2：

$W2=\sqrt{\ln (T0/T1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收并显示所述第一消息或第二消息。

6.一种利用模拟谱宽进行雷达系统测试的系统，其特征在于，

设定模块，用于设定各项参数：雷达工作频率FERQ、采样数N、脉冲重复频率PRF、预定的标准差std；

构造模块，用于将所述各项参数代入预定的信号处理算法从而构造高斯信号；

第一计算模块，用于计算所述高斯信号的理论谱宽；

第二计算模块，用于利用测试通道和接收通道计算所述高斯信号的实际谱宽；

判断模块，用于判断所述理论谱宽和实际谱宽之间的差值是否超出预设的范围；

发送模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，发送第一消息，以及用于当所述判断模块的判断结果为否时，发送第二消息；所述第一消息用于指示所述雷达系统故障，所述第二消息用于指示所述雷达系统无故障。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述构造模块具体包括：

第一构造单元，用于根据所述预定的参数构造初始矢量信号：

gx[i]=i·(PRF·C/FREQ/2)/N    i＝0,..N-1；其中C为光速；

第二构造单元，用于将所述初始矢量信号代入如下公式以构造满足所述参数的高斯信号：

y[i]=exp(-(gx[i])²/2/std²)    i=0,..N-1。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：

变换单元，用于对所述高斯信号进行离散傅里叶变换生成时域信号：

$x\left(k\right)=\mathrm{DFS}\left[x\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}};$

第一计算单元，用于根据所述时域信号计算第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1： $R0\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)\·x^{*}\left(i\right);$ $R1\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)\·x^{*}(i+1);$

第二计算单元，用于将所述第一零阶自相关系数R0和第一一阶自相关系数R1代入下列公式计算得到所述高斯信号的理论谱宽W1：

$W1=\sqrt{\ln (R0/R1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二计算模块具体包括：

第三计算单元，用于根据所述第一零阶自相关系数R0计算脉冲衰减值：db[i]=20*log(R0)；

衰减单元，用于根据所述脉冲衰减值对所述高斯信号进行衰减得到雷达信号；

传输单元，用于将所述雷达信号通过测试通道传输至接收通道；

采集单元，用于通过所述接收通道采集所述雷达信号得到时序数据z(i)；

第四计算单元，用于根据所述时序数据计算第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1：

$T1\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}z\left(i\right)\·z^{*}(i+1);$ $T0\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{i=N-1}{\mathrm{\Σ}}}z\left(i\right)\·z^{*}\left(i\right);$

第五计算单元，用于将所述第二零阶自相关系数T0和第二一阶自相关系数T1代入如下公式计算所述高斯信号的实际谱宽W2：

$W2=\sqrt{\ln (T0/T1)}/(\mathrm{\π}*\sqrt{2})*\mathrm{PRF}\·C/\mathrm{FREQ}/2.$

10.根据权利要求6-9任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

显示模块，用于接收并显示所述第一消息或第二消息。

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