CN103851960B - 一种模拟弹道目标信号生成的小线阵 - Google Patents
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Abstract
一种模拟弹道目标信号生成的小线阵，包括天线、射频电子开关、射频电缆，其特征是天线分为上、中、下列馈，每个列馈的反射板上固定组装上下排列的多个辐射单元，组成天线单元阵；每个辐射单元的信号输入端连接射频电子开关；上、中、下列馈均设置于外壳内，并通过连接件将三者连接成一体。本发明能模拟弹道目标信号生成，采用多辐射单元直线阵形式满足弹道目标的仰角变化要求，利用射频电子开关的特性，采用射频电子开关控制单个辐射单元辐射的方法，形成快速移动的弹道目标回波。具有可靠性高、一致性好、成本低、重量轻和安装方便等特点。提供了部队进行雷达性能检测、战斗作业训练的新型平台，创新了装备维修保障模式，显著提高训练效率。
Description
技术领域
本发明属于一种炮兵雷达侦察校射作业训练器材，特别是一种模拟弹道目标信号生成的小线阵。本发明能够形成炮位侦察雷达所需要的弹道目标信号。
背景技术
炮位侦察校射雷达的侦察目标是飞行中的弹丸，而这样的目标环境需在炮兵进行实弹射击的情况下才能提供。由于火炮发射后的弹丸速度、射角、轨迹、滞空时间等的特殊性，以及地形、地物的影响，火炮定位雷达工作原理和工作过程与其它对地、对空目标侦察雷达具有显著区别。在非实弹射击条件下，因目标环境无法满足火炮定位雷达的战术使用要求，无论是在生产调试阶段或作战训练过程中，如何检验雷达搜索、验证、跟踪性能，判断雷达工作状态，如何实施雷达侦察校射作业训练，一直是世界各国火炮定位雷达研制和使用中的难题。
弹道目标运动速度快，角度变化大，有其固有的运动特性，目前的信号模拟技术大多采用接收雷达辐射的信号，对信号幅度、频率及转发时间进行控制和处理，对雷达形成具有一定距离和运动速度的目标回波信号，但是对目标角度变化的模拟较少。小线阵正是在相关成熟的信号模拟的基础上，根据弹道目标仰角变化较大的特性，增加了角度模拟，实现了弹道信号模拟。
目前，国内尚无弹道目标信号的生成设备。研制和开发能够全面测试和检验火炮定位雷达性能、判断雷达是否故障、简化雷达训练方式的机外弹道目标生成系统，是解决上述问题的重要途径。模拟弹道目标信号生成的小线阵不仅能为火炮定位雷达日常训练提供有效手段，而且对火炮定位雷达研制开发和检测维修保障提供一种新手段，具有重要军事应用价值和显著的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟弹道目标信号生成的小线阵，采用多辐射单元直线阵形式满足弹道目标的仰角变化要求，利用射频电子开关的特性，采用射频电子开关控制单个辐射单元辐射的方法，形成快速移动的弹道目标回波。
本发明提供的技术方案是：包括天线、射频电子开关、射频电缆，其特征是：天线分为上、中、下列馈，每个列馈设置反射板，其上固定组装上下排列的多个辐射单元，组成天线单元阵，辐射单元采用微带结构半波振子天线；每个辐射单元的信号输入端连接射频电子开关；上、中、下列馈均设置于外壳内，并通过连接件将三者连接成一体。
上述的单个列馈高度1.6m，天线阵列总长4.8m。每个列馈均由16个辐射单元组成。
本发明的积极效果：能模拟弹道目标信号生成，采用多辐射单元直线阵形式满足弹道目标的仰角变化要求，利用射频电子开关的特性，采用射频电子开关控制单个辐射单元辐射的方法，形成快速移动的弹道目标回波。具有可靠性高、一致性好、成本低、重量轻和安装方便等特点，且有利于批量生产。提供了部队进行雷达性能检测、战斗作业训练的新型平台，创新了装备维修保障模式，显著提高训练效率。
附图说明
图1 是本发明的外部整体形状示意图。
图2是在每个列馈的反射板上固定组装上下排列的多个辐射单元的示意图。
图3是辐射单元组装在反射板上的断面示意图。
图4是上、中、下列馈的辐射单元连接射频电子开关的示意图。
图5是电子开关原理图。
图6是反射板上系统信号流程。
图7是下变频模块工作原理示意图。
图8是上变频模块工作原理示意图。
图9是频率综合器工作原理示意图。
图10是数字信号处理模块工作流程。
图11是数据处理模块工作流程。
图12是本发明工作示意图。
图13是弹道目标数据生成原理图。
具体实施方式
见图1-5，本发明具体结构如下：天线1分为上、中、下列馈1A、1B 、1C，每个列馈高度1.6m，每个列馈设置反射板5，其上固定组装上下排列的16个辐射单元2，组成天线单元阵，辐射单元2采用现有的微带结构半波振子天线；每个辐射单元2的信号输入端通过射频电缆6连接射频电子开关（射频电子开关采用现有技术）；射频电子开关组装在盒体3内。上、中、下列馈均设置于外壳，并通过连接件将三者连接成一体，天线阵列总长4.8m，天线1固定于基座4上。上、中、下列馈1A、1B 、1C之间通过控制电缆7、射频电缆8连接（连接方式为现有技术）。
本发明的线列组装使用时，本发明的线列通过一根控制电缆及射频电缆外接信号处理器（现有技术）。本发明接收雷达辐射的信号，及辐射系统生成的弹道目标回波信号。
见图5，射频电子开关采用48路开关矩阵与48个辐射单元相连，控制每个辐射单元的辐射开启与关闭，射频电子开关的公共端通过射频电缆外接信号处理器。系统辐射信号时，在电子开关的控制下，48个辐射单元分别单独辐射信号形成编号为1～48的辐射波束。
信号处理器收到命令后，进行记时，并按各个时间节点的目标空间位置，控制天线单元的收发、多普勒频率和距离延迟量。当目标在某时刻t，t∈（t i t i+1），模拟轨迹的空间位置（x t，y t，z t）相对雷达（x r，y r，z r）的仰角位置为θ，当满足 时，接通第（i+1）路开关，当满足时，接通第i路开关。形成雷达所需要的弹道目标回波信号，生成包含弹道目标距离、速度、幅度等特征的信号。
见图6，信号处理机主要由收发开关、下变频模块、上变频模块、频综模块、A/D模块、D/A模块、数字信号处理模块、数据处理模块连接组成，其工作原理如下：
收发开关采用PIN二极管做开关元件，受系统信号处理机控制，接收时，收发开关使天线阵列与接收下变频器连接，形成接收链路。发射时，收发开关使天线阵列与发射上变频器连接，形成发射链路。
见图7，下变频模块主要由ATT（衰减器）、滤波器、高频放大器、混频器和中频放大器等组成，采用成熟技术，将小线阵通过收发开关送来的射频信号变换成中频信号，送到信号处理模块。
见图8，上变频模块主要由ATT（衰减器）、滤波器、高频放大器、混频器和中频放大器等组成，采用成熟技术，将信号处理模块送来的中频信号变换成射频信号，经收发开关送至本发明的小线阵。
见图6、9，频综模块采用直接式频率综合器（现有技术）。通过对80MHz恒温晶振进行倍频产生信号处理机所需的定时信号、相参信号。在数据处理模块的控制下，通过谐波产生器对80MHz信号进行处理，形成所需的本振信号。
A/ D模块和D/A模块采用现有成熟技术，A/ D模块接收下变频送出的中频模拟信号，将其转换成数字信号，送到信号处理模块进行处理。D/A模块接收信号处理模块送出的数字信号，将其转化为中频模拟信号，送到上变频模块进行处理。
见图10，数字信号处理模块采用集成化设计，主要由信号距离延迟与多普勒调制等模块组成，完成距离延迟和多普勒调制，形成含有弹道目标信息的数字信号。
多普勒调制模块采用DDS，在数据处理模块的控制下，以固定频率精度的时钟为基准，产生频率和相位可调的输出信号。
距离延迟模块产生轨迹距离延时，首先将经过A／D转换的数字信号实时保存到数字射频存储器（DRFM），根据数据处理模块的延时指令，经过一段延时后将信号读出，经过D／A转换变为模拟信号。延时的最大范围取决于存储器的存储深度，延时精度取决于读写控制的定时信号的时钟周期。
见图11，数据处理模块主要由大规模可编程器件(FPGA)、无线数传模块、数据接口等部分组成。主要作用是控制系统各个部分按规定时序进行工作，同时收集系统所有输出状态信息。
系统控制终端采用带有串口及USB接口的主流便携工控机，用于使用人员对系统的操作、设置及交互等功能，主要功能通过软件实现。控制终端通过无线遥控方式将各种参数、控制指令等发往信号处理单元，控制系统工作。
见图12、13，工作过程如下：
小线阵距雷达一定距离（120米），雷达向小线阵标定。雷达加辐射后，小线阵接收到雷达辐射的信号，经电子开关，送到信号处理器。信号处理器根据操控终端的指令（弹道目标的距离、角度、速度等），对信号进行延时、多普勒调制、信号幅度衰减等处理，形成雷达所需要的“回波信号”。再根据仰角的需要控制电子开关，将“回波信号”从48个辐射单元之一辐射出去，被雷达接收。雷达对该“回波信号”进行确认。此时，雷达得到弹道上第一点的数据。
为了满足雷达外推弹道的要求，雷达需要得到弹道上Ｎ点的数据。因此，重复以上过程，雷达按其工作原理继续发射信号，小线阵接收到雷达辐射信号后，信号处理器按照弹道目标轨迹特征对该信号进行处理，再通过辐射单元辐射出去。如此过程反复一定次数，雷达获得弹道上Ｎ个数据，这些数据包含了小线阵形成的弹道目标五维数据信息（时间、距离、速度、仰角、幅度），即可外推得到火炮位置坐标。
按操作规程将被测雷达架设好，雷达天线处于约90°位置。在雷达天线阵面前方约120m左右处，选择比雷达阵地高约5m的位置，将本发明的天线支起，连接好电缆。
（一）雷达开机。用雷达望远镜对准系统第一个天线辐射单元，雷达加电工作，按雷达操作规程输入初始参数，选择侦察或校射工作模式，开辐射。
（二）本发明开机并设置参数。根据雷达的工作频率，设置目标生成系统的接收及发射频率。根据选择的侦察、校射或点源辐射工作方式，对侦察、校射工作方式，选择几条实录的弹道轨迹数据，数据拟合形成随时间变化的弹道数据，形成各时刻点系统辐射单元的加载数据（各时刻点的距离、仰角、径向速度）。
（三）数据加载。信号处理单元接收到控制单元的指令后，设计目标运动轨迹，弹道轨迹设计完成，生成所需要的弹丸目标信号，通过天线辐射出去。
（五）雷达接收到弹丸目标信号后，显示器显示回波信号并最终定位“炮位”。
应用范例
该发明在我军某军炮兵部队经过试用，表明系统能够在外场无火炮射击的条件下，模拟生成炮位侦察校射雷达探测的弹丸目标回波信号，既能实现对炮位侦察校射雷达性能的检测，又能使炮位雷达在非实弹状态下进行侦察、校射作业，强化雷达操作手战斗操作能力。
Claims (2)
1.一种模拟弹道目标信号生成的小线阵，包括天线、射频电子开关、射频电缆，其特征是：天线分为上、中、下列馈，每个列馈设置反射板，其上固定组装上下排列的多个辐射单元，组成天线单元阵，辐射单元采用微带结构半波振子天线；每个辐射单元的信号输入端连接射频电子开关；上、中、下列馈均设置于外壳内，并通过连接件将三者连接成一体。
2.根据权利要求1所述的模拟弹道目标信号生成的小线阵，其特征是：单个列馈高度1.6m，天线阵列总长4.8m；每个列馈均由16个辐射单元组成。
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