CN104407334B - 一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法 - Google Patents

一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，雷达接收机可以接收中频信号，可通过处理得到信号的幅度和相位数据，即具有幅度和相位的测量功能，因此，由雷达模拟器的接收机配合后续的信号处理能够代替频谱仪和矢量网络分析仪等传统仪器测量得到通道中衰减器的衰减曲线和移相器的移相曲线，测试速度大幅提高，同时消除通道误差，精度大幅提高，使模拟的目标点迹误差值更趋向于设备的理论值，具有良好的应用前景。

Description

一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法
技术领域
本发明涉及一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，属于雷达目标回波模拟技术领域。
背景技术
雷达模拟设备是在实验室真实再现雷达实际工作过程模拟，需要模拟的部分包括产生发射信号，产生目标回波信号，模拟天线波束合成，接收目标回波信号下变频，模拟中频接收与增益控制，在模拟的过程中需要由大量的衰减器与移相器实现对信号幅度、相位的模拟和控制，因此，雷达模拟设备的模拟精度与衰减器、移相器的精度密切相关，因此，在模拟实验前需要标定雷达模拟设备中的大量衰减器与移相器，校准之后在进行模拟雷达工作。
雷达目标信号的通道模拟如图1所示，由D/A产生中频发射信号，目标回波模拟模块根据需要模拟的目标位置数据调整回波的功率、相位、延时信息；然后信号到达波束合成模块，功分成四路模拟雷达天线的和、方位差、俯仰差、旁瓣通道；再进入中频接收通道模拟雷达接收机的接收增益控制模块；最后进入A/D采样，雷达信号处理得到回波信号的功率、相位、延时等信息，计算出目标位置，其中天线波束合成以及中频接收模块的示意图如图2所示。
调整回波的相位用到的基本幅相控制单元结构，如图3所示，需要分别测定衰减器及移相器功率和相位特性。传统的标定方法对幅度的测量采用频谱仪测试，用程序遍历每一个衰减器的程控码，得到一组功率结果，得到的典型功率衰减曲线，如图4所示，相位采用矢量网络分析仪，用得到通道网络的相位初始值，然后遍历移相器的控制码，得到一组相位结果，然后结合上述的频谱仪测试结果与矢量网络分析仪结果，得到最终的功率与衰减控制码的对应关系以及相位和移向控制码的对应关系，并在模拟试验开始时导入已标定的功率与相位衰减码规律表格，达到精确模拟目标与雷达功能的目的。
但是，上述的方法在目标通道数量较少时可以采用，但是对于具有几十个通道的复杂雷达模拟系统不太适用，通道一次校准所需时间太长，校准后的通道在使用一段时间后随着温度和器件的老化，系统衰减特性与移向特性会改变，从而导致雷达模拟设备精度下降，进而影响模拟效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术校准所需时间太长，校准后的通道在使用一段时间后随着温度和器件的老化，系统衰减特性与移向特性会改变，从而导致雷达模拟设备精度下降，进而影响模拟效果的问题。本发明的用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，由雷达模拟器的接收机配合后续的信号处理代替频谱仪和矢量网络分析仪等传统仪器测量通道中衰减器的衰减曲线和移相器的移相曲线，测试速度大幅提高，同时消除通道误差，精度大幅提高，模拟的雷达目标点迹误差值更趋向于设备的理论值，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(1)，使用模拟雷达时用到的雷达脉冲信号作为测试信号，将测试信号做脉冲压缩处理后，得到具有指定延时的目标信号；
步骤(2)，通过目标信号对雷达接收机的测量功能进行标定，根据测量的目标信号幅度相位标定接收机的功率修正值V和初始相位；
步骤(3)，对雷达模拟设备的目标回波模拟通道进行幅度相位特性测量，目标回波模拟通道包括相串联的回波模拟模块、天线波束合成模块、中频接收模块，从中频接收模块逐级向前测量模拟通道的幅度相位特性，将测量得到的上一级幅度与相位结果代入确定下一级的幅度与相位，直到测量出最后一级回波模拟模块的幅相特性曲线。
前述的一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，其特征在于：步骤(2)，通过目标信号对雷达接收机的测量功能进行标定，根据测量的目标信号幅度相位标定接收机的功率修正值V和初始相位的方法为，
(1)得到具有指定延时的目标信号的时域信息，包括目标信号的峰值点的幅值X；
(2)根据公式(2)，得到接收机的功率修正值V，
P＝20log(X)+V (1)
其中，P为模拟雷达的模拟通道的功率；
(3)根据脉冲压缩算法计算得到接收机的初始相位theta。
前述的一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，其特征在于：步骤(3)，中频接收模块的幅度相位特性的测量方法如下，
(1)将中频接收模块分为四段测试，每段动态范围为30dB，依次对每段幅度相位特性进行测试；
(2)控制模拟通道内回波模拟模块、天线波束合成模块的衰减器将信号控制在最小功率值；
(3)使中频接收模块内的衰减器按照一定步进衰减，记录下每一次衰减时的功率与相位反馈值，构成衰减量与相位的幅相特性表格；
(4)将表格代入下一级天线波束合成模块的幅度相位特性的测试。
前述的一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，其特征在于：步骤(3)，天线波束合成模块的幅度相位特性的测量，包括以下步骤，
(1)将天线波束合成模块置在初始状态，控制中频接模块使之处于雷达接收机工作范围；
(2)将衰减器逐渐衰减，记录下每次衰减时的衰减控制码、幅度以及相位；
(3)保持衰减器在不衰减状态，逐渐天线波束合成模块内的移相器相位，记录下每次移相时的移相控制码、幅度以及相位，
(4)将记录的测试结果，减去中频接模块的变化量，得到回波模拟模块的幅度相位特性曲线。
前述的一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，其特征在于：步骤(3)，回波模拟模块的幅度相位特性的测量，包括以下步骤，
(1)将回波模拟模块置在初始状态，控制中频接模块与天线波束合成模块使之处于雷达接收机工作范围；
(2)将衰减器逐渐衰减，记录下每次衰减时的衰减控制码、幅度以及相位；
(3)保持衰减器在不衰减状态，逐渐移动回波模拟模块内的移相器相位，记录下每次移相时的移相控制码、幅度以及相位，
(4)将记录的测试结果，减去天线波束合成模块的变化量，得到回波模拟模块的幅度相位特性曲线。
本发明的有益效果是：本发明的用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，雷达接收机可以接收中频信号，除了可以处理得到目标距离、方位、俯仰等点迹数据外，还可通过处理得到信号的幅度和相位数据，即具有幅度和相位的测量功能，因此，由雷达模拟器的接收机配合后续的信号处理能够代替频谱仪和矢量网络分析仪等传统仪器测量得到通道中衰减器的衰减曲线和移相器的移相曲线，测试速度大幅提高，同时消除通道误差，精度大幅提高，模拟后目标点迹的误差值更趋向于设备的理论值，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是模拟雷达的模拟通道的系统框图。
图2是天线波束合成模块和中频接收模块的结构图。
图3是传统的幅相控制单元的示意图。
图4是衰减器衰减曲线的示意图。
图5是本发明的用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，雷达接收机可以接收中频信号，除了可以处理得到目标距离、方位、俯仰等点迹数据外，还可通过处理得到信号的幅度和相位数据，即具有幅度和相位的测量功能，因此，由雷达模拟器的接收机配合后续的信号处理能够代替频谱仪和矢量网络分析仪等传统仪器测量得到通道中衰减器的衰减曲线和移相器的移相曲线，测试速度大幅提高，同时消除通道误差，精度大幅提高，模拟后目标点迹的误差值更趋向于设备的理论值，如图5所示，包括以下步骤，
步骤(1)，根据模拟雷达用到的雷达脉冲信号作为测试信号，将测试信号做脉冲压缩处理后，得到具有指定延时的目标信号，如采用功率为-10dBm,200公里处脉宽为10us带宽10MHz的回波信号作为测试信号，脉冲压缩处理后，得到具有指定延时的目标信号；
步骤(2)，通过目标信号对雷达接收机的测量功能进行标定，根据测量的目标信号幅度相位标定接收机的功率修正值V和初始相位，计算方法，
(1)得到具有指定延时的目标信号的时域信息，包括目标信号的峰值点的幅值X；
(2)根据公式(2)，得到接收机的功率修正值V，
P＝20log(X)+V (1)
其中，P为模拟雷达的模拟通道的功率；
接收机的初始相位theta，由脉冲压缩算法计算，得到被测信号的相位初始值。
步骤(3)，对模拟雷达的模拟通道进行幅度相位特性测量，模拟通道包括相串联的回波模拟模块、天线波束合成模块、中频接收模块，从中频接收模块逐级上前测量模拟通道的幅度相位特性，将测量得到的上一级幅度与相位结果代入确定下一级的幅度与相位，直到测量出最后一级回波模拟模块的幅相特性曲线。
其中，中频接收模块的幅度相位特性的测量方法如下，
(1)由于雷达接收机的有效动态范围大约为30dB，而中频接收模块的动态超过120dB，因此需要将中频接收分为四段测试，将中频接收模块分为四段测试，每段动态范围为30dB，依次对每段幅度相位特性进行测试；
(2)控制模拟通道内回波模拟模块、天线波束合成模块的衰减器将信号控制在最小功率值；
(3)使中频接收模块内的衰减器按照一定步进衰减，记录下每一次衰减时的功率与相位反馈值，构成衰减量与相位的表格；
(4)将表格代入下一级天线波束合成模块的幅度相位特性的测试。
天线波束合成模块的幅度相位特性的测量，包括以下步骤，
(1)将天线波束合成模块置在初始状态，控制中频接模块使之处于雷达接收机工作范围；
(2)将衰减器逐渐衰减，记录下每次衰减时的衰减控制码、幅度以及相位；
(3)保持衰减器在不衰减状态，逐渐天线波束合成模块内的移相器相位，记录下每次移相时的移相控制码、幅度以及相位，
(4)将记录的测试结果，减去中频接模块的变化量，得到回波模拟模块的幅度相位特性曲线。
回波模拟模块的幅度相位特性的测量，包括以下步骤，
(1)将回波模拟模块置在初始状态，控制中频接模块与天线波束合成模块使之处于雷达接收机工作范围；
(2)将衰减器逐渐衰减，记录下每次衰减时的衰减控制码、幅度以及相位；
(3)保持衰减器在不衰减状态，逐渐移动回波模拟模块内的移相器相位，记录下每次移相时的移相控制码、幅度以及相位，
(4)将记录的测试结果，减去天线波束合成模块的变化量，得到回波模拟模块的幅度相位特性曲线。
本发明测试后的数据有两种，分别为衰减器衰减原始数据，内容为衰减量对应到幅度相位数据列表；移相器移相原始数据，内容为移相码对应到幅度相位数据列表，将衰减器原始数据转换到衰减量(相对功率)与衰减码对应表格，包含衰减导致的相位变化数据；将移相器原始数据转换到移相值与移相码的对应关系表格，包含移相导致的幅度变化数据，使用时将表格导入，用于模拟目标的幅度相位，由于移相器和衰减器之间具有耦合效应，移相时会导致功率的变化，衰减时又会导致相位变化，并且变化量不可忽略，可采用迭代计算方式去耦合，得到精确的相位和幅度控制量，迭代计算方式去耦合的过程为，对原始的幅度与相位特性做简单处理后得到单调的幅度控制量与控制码的对应关系以及相位控制量与控制码的对应关系，
衰减器特性：pow＝S1(c1,phase)，移相器特性：phase＝S2(c2,pow)
c1、c2为幅度控制量、相位控制量，使用时需要将通道置于确定的功率与相位上，可根据功率计算出衰减器控制值，根据之前得到的特性曲线，得到相位的变化量与设定相位的差值，根据此差值得到移相器的控制量，移相器带来的幅度变化量与设定值之间的差值作为第二次计算的依据得到新的衰减控制码与相位变化量，依次迭代三次左右可得到精确的幅度控制码与相位控制码。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种用于雷达模拟设备的闭环幅相测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，使用模拟雷达时用到的雷达脉冲信号作为测试信号，将测试信号做脉冲压缩处理后，得到具有指定延时的目标信号；
步骤(B)，通过模拟的目标回波信号对雷达接收机的测量功能进行标定，根据测量的目标回波信号幅度相位标定接收机的功率修正值V和初始相位；
步骤(C)，对雷达模拟设备的目标模拟通道进行幅度相位特性测量，目标模拟通道包括相串联的回波模拟模块、天线波束合成模块以及中频接收模块，从中频接收模块逐级向前测量模拟通道的幅度相位特性，将测量得到的上一级幅度与相位结果代入确定下一级的幅度与相位，直到测量出最后一级回波模拟模块的幅相特性曲线；
所述步骤(B)，通过目标信号对雷达接收机的测量功能进行标定，根据测量的目标信号幅度相位标定接收机的功率修正值V和初始相位的方法为，
(B1)得到具有指定延时的目标信号的时域信息，包括目标信号的峰值点的幅值X；
(B2)根据公式(1)，得到接收机的功率修正值V，
P＝20log(X)+V (1)
其中，P为模拟雷达的模拟通道的功率；
(B3)根据脉冲压缩算法计算得到接收机的初始相位theta；
所述步骤(C)，中频接收模块的幅度相位特性的测量方法如下，
(C1)将中频接收模块分为四段测试，每段动态范围为30dB，依次对每段幅度相位特性进行测试；
(C2)控制模拟通道内回波模拟模块、天线波束合成模块的衰减器将信号控制在最小功率值；
(C3)使中频接收模块内的衰减器按照一定步进衰减，记录下每一次衰减时的功率与相位反馈值，构成衰减量与相位的表格；
(C4)将中频测试得到的幅度相位特性结果代入下一级天线波束合成模块的幅度相位特性的测试；
天线波束合成模块的幅度相位特性的测量，包括以下步骤，
(C11)将天线波束合成模块置在初始状态，控制中频接模块使之处于雷达接收机工作范围；
(C12)将衰减器逐渐衰减，记录下每次衰减时的衰减控制码、幅度以及相位；
(C13)保持衰减器在不衰减状态，逐渐移动天线波束合成模块内的移相器相位，记录下每次移相时的移相控制码、幅度以及相位，
(C14)将记录的测试结果，减去中频接模块的变化量，得到回波模拟模块的幅度相位特性曲线；
回波模拟模块的幅度相位特性的测量，包括以下步骤，
(C21)将回波模拟模块置在初始状态，控制中频接模块与天线波束合成模块使之处于雷达接收机工作范围；
(C22)将衰减器逐渐衰减，记录下每次衰减时的衰减控制码、幅度以及相位；
(C23)保持衰减器在不衰减状态，逐渐移动回波模拟模块内的移相器相位，记录下每次移相时的移相控制码、幅度以及相位，
(C24)将记录的测试结果，减去天线波束合成模块的变化量，得到回波模拟模块的幅度相位特性曲线。
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