CN103558590A - 一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法 - Google Patents

一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法，系统包含控制计算机、现场可编程门阵列、接口芯片、第一直接数字合成模块、第二直接数字合成模块、合成器、微波混频模块、数字衰减器；模拟方法，包含以下步骤：步骤1、现场可编程门阵列接受控制信号；步骤2、计算出所需要的控制字；步骤3、第一直接数字合成模块及第二直接数字合成模块产生目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号；步骤4、合成器生成合成信号；步骤5、微波混频模块生成混频信号；步骤6、数字衰减器接受雷达回波功率与混频信号后输出雷达回波模拟信号。

Description

一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法
技术领域
本发明涉及雷达导引头仿真测试设备雷达信号模拟，具体涉及一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法。
背景技术
脉冲多普勒雷达的发射信号为高重频脉冲调制信号，发射信号遇到目标及欺骗性干扰目标后发生散射，目标回波及杂波信号被雷达接收机接收，经过雷达信号处理机得到目标的距离、速度、角度等信息。雷达信号模拟源主要用于模拟真实环境下雷达接收机接收到的雷达信号，完成实验室环境条件下对雷达回波接收机接收性能的测试，验证雷达系统的各项功能技术指标及抗干扰能力。
目前雷达信号模拟源的设计方法主要分为两种：第一种是基于数字储频技术的信号模拟源设计，第二种是基于直接数字合成技术的信号模拟源设计。第一种技术设计的模拟源通用性较强，但硬件复杂度较高，成本高昂。第二种技术设计的模拟源硬件简单、成本低，但是通用性较差，而且难以模拟较复杂的雷达信号，往往仅模拟单纯的点目标回波信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法，可以模拟雷达双通道目标回波模拟信号，模拟速度拖引信号及噪声信号，降低了雷达信号模拟源系统硬件设计复杂度，缩减了系统构建硬件成本。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种雷达信号模拟源系统，其特点是，包含：控制计算机、现场可编程门阵列、接口芯片、第一直接数字合成模块、第二直接数字合成模块、合成器、微波混频模块、数字衰减器；
上述的控制计算机的模拟源控制信号输出端与现场可编程门阵列的输入端通过接口芯片连接；
上述的现场可编程门阵列的三路输出分别连接第一直接数字合成模块的输入端、第二直接数字合成模块的输入端及数字衰减器的输入端连接；
上述的第一直接数字合成模块的输出端及第二直接数字合成模块的输出端与合成器的输入端；
上述的合成器的输出端与微波混频模块的输入端连接；
上述的微波混频模块的输出端与数字衰减器的输入端连接。
上述的微波混频模块还包含主振遥测信号输入端。
上述的数字衰减器包含雷达模拟信号输出端。
一种用于上述雷达信号模拟源系统的信号模拟方法，其特点是，包含以下步骤：
步骤1、控制计算机发出模拟源控制信号指令到现场可编程门阵列；
步骤2、现场可编程门阵列接受指令后计算出所需要的控制字；
步骤3、现场可编程门阵列按照时序要求控制第一直接数字合成模块及第二直接数字合成模块产生目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号；
步骤4、合成器将目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号合成，生成合成信号；
步骤5、微波混频模块输入主振遥测信号，与合成信号混频后生成混频信号输入到数字衰减器；
步骤6、数字衰减器接受现场可编程门阵列产生的雷达回波功率与微波混频模块的混频信号后输出雷达回波模拟信号。
上述的步骤2中的控制字包含目标距离模拟、目标速度模拟、噪声模拟、速度拖引信号模拟、动态目标模拟；
上述的目标距离模拟是现场可编程门阵列根据所需要的距离信息计算出对应的信号延时，并对模拟信号相对于雷达基准信号进行相应的延时；
上述的目标速度模拟是现场可编程门阵列根据目标的速度计算出对应的多普勒频率信息，得到对应的第一直接数字合成模块的频率字及第二直接数字合成模块的频率字；
上述的噪声模拟是由现场可编程门阵列产生均匀分布的随机序列，通过该随机序列控制第一直接数字合成模块的高速并口频率字及第二直接数字合成模块的高速并口频率字，产生所需要的噪声信号；
上述的速度拖引信号模拟是现场可编程门阵列根据速度拖引信号的参数，得到所需要扫频信号的扫频方式、扫频带宽及扫频时间，然后控制第一直接数字合成模块及第二直接数字合成模块产生扫频信号；
上述的动态目标模拟是现场可编程门阵列根据目标速度实时相应地改变目标距离，同时根据雷达方程计算出模拟信号的衰减值控制数字衰减器（8）完成动态目标回波强度的模拟。
上述的雷达方程为
Figure 2013105744390100002DEST_PATH_IMAGE001
，
式中：
Figure 404747DEST_PATH_IMAGE002
为雷达回波功率；
P为发射功率；
G为天线增益；
λ为工作波长；
σ为目标雷达截面；
R为作用距离；
(S/N)为检测信噪比；
DPD为信号处理增益；
L为系统损耗。
本发明一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法与现有技术相比具有以下优点：由于设有现场可编程门阵列及直接数字合成模块，系统电路简单，降低了电路硬件成本，同时可以模拟双目标回波信号、速度拖引信号和噪声信号，还可以模拟运动目标的动态特性；可以满足雷达各种工作模式下对模拟信号的要求；可完成各种复杂环境下的雷达信号模拟功能。
附图说明
图1为本发明一种雷达信号模拟源系统的结构框图。
图2为本发明一种信号模拟方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种雷达信号模拟源系统，包含控制计算机1、现场可编程门阵列2（Field Programmable Gate Array，FPGA，型号为Altera的Cyclone系列EP1C12Q240C6）、接口芯片3（422接口芯片，型号为MAXIM公司的MAX491ESD，实现422通信的收发控制）、第一直接数字合成模块4、第二直接数字合成模块5、合成器6、微波混频模块7、数字衰减器8；控制计算机1的模拟源控制信号输出端与现场可编程门阵列2的输入端通过接口芯片3连接；现场可编程门阵列2的三路输出分别连接第一直接数字合成模块4（Direct Digital Synthesizer，DDS，型号为AD公司的AD9910芯片）的输入端、第二直接数字合成模块5（Direct Digital Synthesizer，DDS，型号为AD公司的AD9910芯片）的输入端及数字衰减器8的输入端连接；第一直接数字合成模块4的输出端及第二直接数字合成模块5的输出端与合成器6的输入端；合成器6的输出端与微波混频模块7的输入端连接；微波混频模块7的输出端与数字衰减器8的输入端连接。微波混频模块7还包含主振遥测信号（微波信号）输入端。数字衰减器8（型号为南京恒电的HDAT1218D3，衰减量范围为
Figure 2013105744390100002DEST_PATH_IMAGE003
，衰减量最小步进为）包含雷达模拟信号输出端。
现场可编程门阵列2的功能包括：控制直接数字合成模块产生所需要的模拟信号；实时计算并控制数数字衰减器8的衰减量；控制信号延时量；控制整个模拟源的时序。直接数字合成模块，加以适当的外围电路，可以在现场可编程门阵列2的控制下产生中频信号，第一直接数字合成模块4及第二直接数字合成模块5分别产生回波信号及杂波信号，经过合路器5合成中频模拟信号。
如图2所示，一种信号模拟方法，包含以下步骤：
步骤1、控制计算机1发出模拟源控制信号指令到现场可编程门阵列（2）；
步骤2、现场可编程门阵列2接受指令后计算出所需要的控制字；
步骤3、现场可编程门阵列2按照计算出的信号延时时间及多普勒频率控制第一直接数字合成模块4及第二直接数字合成模块5产生目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号；
步骤4、合成器6将目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号合成，生成合成信号；
步骤5、微波混频模块7输入主振遥测信号，与合成信号混频后生成混频信号输入到数字衰减器8；
步骤6、数字衰减器8接受现场可编程门阵列2产生的雷达回波功率与微波混频模块7的混频信号后输出雷达回波模拟信号。
步骤2中的控制字包含目标距离模拟、目标速度模拟、噪声模拟、速度拖引信号模拟、动态目标模拟；目标距离模拟是现场可编程门阵列2根据所需要的距离信息计算出对应的信号延时，并对模拟信号相对于雷达基准信号进行相应的延时；目标速度模拟是现场可编程门阵列2根据目标的速度计算出对应的多普勒频率信息，得到对应的第一直接数字合成模块4的频率字及第二直接数字合成模块5的频率字；噪声模拟是由现场可编程门阵列2产生均匀分布的随机序列，通过该随机序列控制第一直接数字合成模块4的高速并口频率字及第二直接数字合成模块5的高速并口频率字，产生所需要的噪声信号；速度拖引信号模拟是现场可编程门阵列2根据速度拖引信号的参数，得到所需要扫频信号的扫频方式、扫频带宽及扫频时间，然后控制第一直接数字合成模块4及第二直接数字合成模块5产生扫频信号；动态目标模拟是现场可编程门阵列2根据目标速度实时相应地改变目标距离，同时根据雷达方程计算出模拟信号的衰减值控制数字衰减器8完成动态目标回波强度的模拟。
雷达方程为
Figure 517376DEST_PATH_IMAGE001
，式中：
Figure 144798DEST_PATH_IMAGE002
为雷达回波功率；P为发射功率；G为天线增益；λ为工作波长；σ为目标雷达截面；R为作用距离；(S/N)为检测信噪比；DPD为信号处理增益；L为系统损耗。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种雷达信号模拟源系统，其特征在于，包含：
控制计算机（1）、现场可编程门阵列（2）、接口芯片（3）、第一直接数字合成模块（4）、第二直接数字合成模块（5）、合成器（6）、微波混频模块（7）、数字衰减器（8）；
所述的控制计算机（1）的模拟源控制信号输出端与现场可编程门阵列（2）的输入端通过接口芯片（3）连接；
所述的现场可编程门阵列（2）的三路输出分别连接第一直接数字合成模块（4）的输入端、第二直接数字合成模块（5）的输入端及数字衰减器（8）的输入端连接；
所述的第一直接数字合成模块（4）的输出端及第二直接数字合成模块（5）的输出端与合成器（6）的输入端；
所述的合成器（6）的输出端与微波混频模块（7）的输入端连接；
所述的微波混频模块（7）的输出端与数字衰减器（8）的输入端连接。
2.如权利要求1所述的雷达信号模拟源系统，其特征在于，所述的微波混频模块（7）还包含主振遥测信号输入端。
3.如权利要求1所述的雷达信号模拟源系统，其特征在于，所述的数字衰减器（8）包含雷达模拟信号输出端。
4.一种用于上述雷达信号模拟源系统的信号模拟方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、控制计算机（1）发出模拟源控制信号指令到现场可编程门阵列（2）；
步骤2、现场可编程门阵列（2）接受指令后计算出所需要的控制字；
步骤3、现场可编程门阵列（2）按照计算出的信号延时时间及多普勒频率控制第一直接数字合成模块（4）及第二直接数字合成模块（5）产生目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号；
步骤4、合成器（6）将目标回波信号、速度拖引信号及噪声信号合成，生成合成信号；
步骤5、微波混频模块（7）输入主振遥测信号，与合成信号混频后生成混频信号输入到数字衰减器（8）；
步骤6、数字衰减器（8）接受现场可编程门阵列（2）产生的雷达回波功率与微波混频模块（7）的混频信号后输出雷达回波模拟信号。
5.如权利要求4所述的信号模拟方法，其特征在于，所述的步骤2中的控制字包含目标距离模拟、目标速度模拟、噪声模拟、速度拖引信号模拟、动态目标模拟；
所述的目标距离模拟是现场可编程门阵列（2）根据所需要的距离信息计算出对应的信号延时，并对模拟信号相对于雷达基准信号进行相应的延时；
所述的目标速度模拟是现场可编程门阵列（2）根据目标的速度计算出对应的多普勒频率信息，得到对应的第一直接数字合成模块（4）的频率字及第二直接数字合成模块（5）的频率字；
所述的噪声模拟是由现场可编程门阵列（2）产生均匀分布的随机序列，通过该随机序列控制第一直接数字合成模块（4）的高速并口频率字及第二直接数字合成模块（5）的高速并口频率字，产生所需要的噪声信号；
所述的速度拖引信号模拟是现场可编程门阵列（2）根据速度拖引信号的参数，得到所需要扫频信号的扫频方式、扫频带宽及扫频时间，然后控制第一直接数字合成模块（4）及第二直接数字合成模块（5）产生扫频信号；
所述的动态目标模拟是现场可编程门阵列（2）根据目标速度实时相应地改变目标距离，同时根据雷达方程计算出模拟信号的衰减值控制数字衰减器（8）完成动态目标回波强度的模拟。
6.如权利要求5所述的信号模拟方法，其特征在于，所述的雷达方程为                                                
Figure 2013105744390100001DEST_PATH_IMAGE001
，
式中：
Figure 551266DEST_PATH_IMAGE002
为雷达回波功率；
P为发射功率；
G为天线增益；
λ为工作波长；
σ为目标雷达截面；
R为作用距离；
(S/N)为检测信噪比；
DPD为信号处理增益；
L为系统损耗。
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