CN103675780B - 一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明的本发明公开了一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器，包括控制装置、Ku波段微波信号源、X波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源。本发明可以模拟生成雷达目标回波信号、两路本振信号及中频信号，完成对雷达装备性能的检测；以DDS技术为理论基础，成功完成了雷达目标模拟器中频多普勒信号的产生；采用DDS扩频技术，将DDS的工作带宽扩展到我们所需要的微波频段，完成了射频目标回波模拟信号生成；采用PLL技术，实现本振信号的产生，同时以同一晶振作为时钟参考，实现了所有信号的全相参，为完成对Ku波段雷达装备的性能测试提供了基础。

Description

一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器

技术领域

本发明属于微波测量仪器领域，尤其涉及一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器。

背景技术

作为一种新兴的雷达设备，雷达目标模拟器用来仿真模拟各种雷达目标回波信号，是检测雷达性能和培训雷达操纵员的有效工具。现代高性能军用雷达为了获得良好的搜索、跟踪、多目标、抗干扰等性能，几乎全采用全相参频率捷变、相控阵、MTI(动目标显示)、PD(脉冲多卜勒)、LFM(宽带线形调频)脉冲压缩等兼容或并存的体制。全相参雷达必须使每次发射射频脉冲初相位保持一致，即全相参雷达要求所有信号的频率来源于同一高稳定基准源，发射信号与本振信号相关。因此，必须采用频率合成器作为全相参雷达频率源。频率合成器以一个或一组高稳定振荡源为基准，对频率进行各种变换，从而合成一系列在频率和相位上与基准源有固定关系的不同频率的信号。一部高稳定、低躁声、宽带捷变、多波形、快速置频、可靠紧凑的频率合成器对多功能全相参雷达射频信号模拟器是至关重要的。但是现有技术中却不能够提供这种频率合成器来满足多功能全相参雷达射频信号模拟器的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器，该雷达目标模拟器能达到纳秒级的切换速率，采用同一晶振实现所有信号的全相参，获得的多种微波信号满足了多功能全相参雷达射频信号模拟器的需求。

本发明的用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器包括：

控制装置、Ku波段微波信号源、X波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源以及一块恒温晶振；

其中控制装置用于控制Ku波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源的工作状态，X波段微波信号源由外部微波信号源控制工作状态；

中频信号源根据所述恒温晶振提供的频率作为参考时钟，采用DDS方式产生两路信号，一路为中频信号经放大滤波后直接输出；另一路为中频同源信号经放大滤波后功分输出两路，一路中频同源信号直接输出，另一路中频同源信号输入Ku波段微波信号源；

所述S波段微波信号源根据所述恒温晶振提供的频率作为参考时钟，采用PLL方式产生本振信号，该本振信号经放大滤波后功分输出两路，一路本振信号直接输出，另一路本振信号作为第一本振信号输入Ku波段微波信号源；

所述X波段微波信号源的信号由外部微波信号源提供，该外部微波信号源根据所述恒温晶振提供的频率作为参考时钟为所述X波段微波信号源提供本振信号，该本振信号经放大滤波后功分输出两路，一路本振信号直接输出，另一路本振信号作为第二本振信号输入Ku波段微波信号源；

Ku波段微波信号源组将中频信号源产生的中频同源信号、S波段微波信号源产生的第一本振信号经过混频、放大滤波后产生第二中频信号，该第二中频信号与X波段微波信号源产生的第二本振信号进行混频、放大滤波，输出Ku波段微波信号；

进一步的，所述中频信号源采用的DDS方式中采用AD9958DDS芯片，该AD9958DDS芯片由两个DDS内核构成，所述两个DDS内核均能设置独立的频率相位和幅度，由控制装置控制产生中频信号和中频同源信号；

工作步骤如下：

步骤1，利用所述一块恒温晶振为X波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源提供参考时钟；

步骤2，控制装置通过控制总线RS485与外部上位机进行通讯，接收工作状态指令，控制Ku波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源的工作状态；外部微波信号源控制X波段微波信号源的工作状态；

步骤3，中频信号源根据所述参考时钟利用DDS芯片的两个DDS内核提供75MHz+fd中频同源信号和75MHz中频信号，75MHz+fd中频同源信号功分两路：一路放大滤波到所需功率后输出，另一路作为Ku波段微波信号源的中频输入；75MHz中频信号放大滤波到所需功率后输出；

S波段微波信号源根据所述参考时钟输出本振信号，其经带通滤波滤除杂波后功分两路：一路放大滤波到所需功率后输出，另一路作为Ku波段微波信号源的第一本振信号输出；

X波段微波信号源由外部微波信号源根据所述参考时钟提供本振信号，经放大滤波后功分两路：一路直接输出；另一路作为Ku波段微波信号源的第二本振的信号输出；

步骤4，Ku波段微波信号源将中频信号源产生的75MHz+fd中频同源信号与S波段微波信号源产生的第一本振信号进行混频、放大滤波后产生第二中频信号，该第二中频信号与X波段微波信号源产生的第二本振信号进行混频，产生Ku波段目标回波信号，经放大滤波后进行输出Ku波段全相参的回波模拟信号。

本发明的有益效果在于：

本发明采用了同一恒温晶振作为时钟参考，缩小了晶振随着温度的变化带来输出频率的误差，实现了所有信号的全相参。

本发明所述技术方案基于直接数字合成（DDS）技术的高切换速率、高分辨率功能，通过对DDS输出多普勒信号的混频滤波等处理，最终使输出的雷达目标回波信号能够达到纳秒量级的切换速率。

本发明的DDS技术中的DDS芯片AD9958由两个DDS内核构成，每个通道可提供独立的频率相位和幅度控制，从而降低了成本。

附图说明

图1为本发明的用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器原理示意图；

具体实施方式

本发明的用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器主要是为用户测试接收机的性能提供目标回波模拟信号、两路本振信号以及中频信号（含中频同源信号）等五路信号输出，并要求所有的信号全相参。

图1为本发明的用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器原理示意图。如图1所示，本发明的用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器包括：控制装置、Ku波段微波信号源、X波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源以及一块恒温晶振。

在雷达目标模拟器中采用了同一恒温晶振（100MHz高精度恒温参考晶振）作为时钟参考，第一路输入到中频信号源，第二路输入到S波段微波信号源，第三路作为外部微波信号源参考时钟输出。

对中频信号源，选用DDS芯片AD9958，它由两个DDS内核构成，可提供两路信号的输出，每个通道可提供独立的频率相位和幅度控制。一路为中频同源信号（75MHz+fd）输出，并功分两路：一路由放大滤波到所需功率输出；另一路作为Ku波段微波信号源的中频输入。另外一路为中频信号（75MHz），由放大滤波到所需功率值，直接输出。

对S波段微波信号源，采用PLL形式实现（4GHz）本振信号输出，100MHz高精度恒温参考晶振为PLL提供精确频率，PLL的典型输出功率值为5dBm。经带通滤波滤除杂波后，通过功分器功分两路：一路直接输出，另一路作为Ku波段微波信号源的第一本振信号输出。

X波段微波信号源直接由外部微波信号源E8257D提供，功分两路：一路经放大滤波后直接输出；另一路为Ku波段微波信号源的二级混频提供高精度、高稳定度的第二本振信号。

Ku波段微波信号源将中频信号源产生中频同源信号（多普勒频移信号）IF+fd作为中频信号，与S波段微波信号源产生的第一本振信号进行混频，放大滤波后，再与X波段微波信号源产生的第二本振信号进行二级混频、放大滤波后，产生Ku波段微波信号。

控制装置通过控制总线RS485与上位机进行通讯，接收工作状态指令、信号功率控制等参数，从而控制模拟器中中频信号源、S波段微波信号源以及Ku波段微波信号源的工作状态和编码、时序信号等的产生。

DDS实现多普勒频率有输出频率相对带宽较宽、频率转换时间短、频率分辨率极高、相位变化连续、可控等优点。

由于该模拟器设计中使用的多普勒频移相对很小，设计值为5～100KHz。这就带来以下问题：如果将该频移值直接跟中频信号进行混频相加，因为中频信号为75MHz，该频移信号与中频信号混频后，要想取出相应的边带信号，滤波器设计难度非常高，因此很难实现。

这里我们采用100MHz高精度恒温晶振作为DDS芯片的时钟参考，DDS芯片AD9958由两个DDS内核构成，控制电路产生相应的频率控制字，控制两个DDS分别产生75MHz中频信号和75MHz+fd中频同源信号。中频信号经控制电路控制产生脉冲调制信号，并经放大滤波到所需功率值输出；中频同源信号经控制电路控制产生脉冲调制信号，经放大滤波、功分后，一路直接输出，一路作为Ku波段微波信号源的中频信号输出。

Ku波段微波信号源即目标回波模拟射频通道，多普勒频移信号通过中频信号源产生：IF+fd；第一本振信号经放大滤波后与多普勒调制的中频信号IF+fd混频，滤出上边带后得到带有多普勒调制的LO1+IF+fd信号；经放大滤波后，再与第二本振信号经过二级混频，取上边带得到最终模拟目标回波信号：LO1+LO2+IF+fd，该信号经31dB程控衰减器后输出，来满足-50dBm～-20dBm的功率输出。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器，其特征在于，包括控制装置、Ku波段微波信号源、X波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源以及一块恒温晶振；

控制装置用于控制Ku波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源的工作状态，X波段微波信号源由外部微波信号源控制工作状态；

所述中频信号源根据所述恒温晶振提供的频率作为参考时钟，采用DDS方式产生两路信号，一路为中频信号经放大滤波后直接输出；另一路为中频同源信号经放大滤波后功分输出两路，一路中频同源信号直接输出，另一路中频同源信号输入Ku波段微波信号源；

所述S波段微波信号源根据所述恒温晶振提供的频率作为参考时钟，采用PLL方式产生本振信号，该本振信号经放大滤波后功分输出两路，一路本振信号直接输出，另一路本振信号作为第一本振信号输入Ku波段微波信号源；

所述X波段微波信号源的信号由外部微波信号源提供，该外部微波信号源根据所述恒温晶振提供的频率作为参考时钟产生本振信号，该本振信号经放大滤波后功分输出两路，一路本振信号直接输出，另一路本振信号作为第二本振信号输入Ku波段微波信号源；

Ku波段微波信号源将中频信号源产生的中频同源信号、S波段微波信号源产生的第一本振信号经过混频、放大滤波后产生第二中频信号，该第二中频信号与X波段微波信号源产生的第二本振信号进行混频、放大滤波后，输出Ku波段微波信号；

进一步的，所述中频信号源采用的DDS方式中：采用AD9958DDS芯片，该AD9958DDS芯片由两个DDS内核构成，所述两个DDS内核均能设置独立的频率相位和幅度，由控制装置控制产生中频信号和中频同源信号；

工作步骤如下：

步骤1，利用所述一块恒温晶振为S波段微波信号源、中频信号源提供参考时钟；利用所述一块恒温晶振和外部微波信号源为X波段微波信号源提供本振信号；

步骤2，控制装置通过控制总线RS485与外部上位机进行通讯，接收工作状态指令，控制Ku波段微波信号源、S波段微波信号源、中频信号源的工作状态；外部微波信号源控制X波段微波信号源的工作状态；

步骤3，中频信号源根据所述参考时钟利用DDS芯片的两个DDS内核提供75MHz+fd中频同源信号和75MHz中频信号，75MHz+fd中频同源信号功分两路：一路放大滤波到所需功率后输出，另一路作为Ku波段微波信号源的中频输入；75MHz中频信号放大滤波到所需功率后输出；fd为多普勒频移信号，即信号变化量；

S波段微波信号源根据所述参考时钟输出本振信号，其经带通滤波滤除杂波后功分两路：一路放大滤波到所需功率后输出，另一路作为Ku波段微波信号源的第一本振信号输出；

X波段微波信号源由外部微波信号源根据所述参考时钟提供本振信号，经放大滤波后功分两路：一路直接输出；另一路作为Ku波段微波信号源的第二本振的信号输出；

步骤4，Ku波段微波信号源将中频信号源产生的75MHz+fd中频同源信号与S波段微波信号源产生的第一本振信号进行混频、放大滤波后产生第二中频信号，该第二中频信号与X波段微波信号源产生的第二本振信号进行混频，产生Ku波段目标回波信号，经放大滤波后进行输出Ku波段全相参的回波模拟信号。