CN104515978B - 目标指示雷达目标模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种目标指示雷达目标模拟器,主要用于模拟产生接近真实状态下的导弹型和飞机型目标的雷达反射回波。它包括发射天线、发射前端、辐射脉冲产生单元、高精度基准源和C波段捷变频率源、综合控制单元、数字射频存储单元、接收前端和接收天线。雷达信号经接收前端下变频到中频后，进入射频存储单元并存储，在综合控制单元根据要模拟的目标批次、速度、距离信息的控制下，射频存储单元产生目标回波的中频信号，再经辐射脉冲产生单元和发射前端模拟回波的幅度信息和多普勒信息，最后由发射天线发射。该模拟器能够模拟真实目标的雷达回波信息，主要用于雷达系统的动态目标模拟、外场试验仿真，综合演练和测试。

Description

目标指示雷达目标模拟器
技术领域
本发明涉及产生舰载目标指示雷达接近真实状态下的导弹型和飞机型目标的雷达反射回波。可以依托外场实验环境灵活布置，为目标指示雷达提供外场试验的模拟目标，检测目标指示雷达工作性能的硬件平台，其实质是目标指示雷达目标模拟器。
背景技术
随着雷达技术的迅速发展，现代雷达系统正变得日益复杂、功能多样，外场进行雷达检测的技术难度大、成本高，于是模拟技术就被广泛应用于对雷达部分系统的调试、性能评价。采用雷达目标模拟技术可以缩短雷达的研制周期，减少雷达的研制费用，同时现代雷达越来越多的性能指标，与越来越强的功能，也让雷达目标模拟逐渐发展成为雷达自身的一种功能。
采用传统的外场实验方法很难形成较为逼真的实战信号环境，而且实验周期长、实验费用高、保密性差、易受环境与气候等因素的影响，已不能满足现代雷达设备，特别是新体制雷达研制的需要,因此现代雷达的检测、外场试验多采用半实物射频仿真。雷达目标模拟系统是射频仿真系统的关键设备，它负责接收雷达发射信号，并实时模拟雷达目标回波、杂波和干扰信号。随着现代雷达分辨率的提高，雷达的分辨单元(距离或角度分辨单元)已远小于目标的尺寸，此时不再把目标当做点目标，而应看成具有几何特征的扩展目标来处理。雷达扩展目标回波信号有别于点目标，此时接收机输入端的信号不再简单是发射信号的延迟、多普勒频移以及幅度调制。扩展目标回波信号的仿真应看作是雷达的发射信号经过一个系统后的输出，该系统的系统函数取决于目标的信息，反映了目标的电磁散射特性。同时根据相参体制雷达的特点，相参扩展目标模拟系统产生的目标信号特征必须叠加在雷达发射信号载波上，模拟的目标回波信号要在射频一级的相位关系上保持严格的相参性。
目标模拟器的核心是电磁波的传输延时，延时效应模拟主要有延迟线技术和数字射频存储技术两种。延时线技术工作带宽较宽、存储深度很容易做到几百公里，系统相对简单，但是无法产生复杂的回波信号。因此，本发明采用数字射频存储技术实现雷达信号的传输延延时和扩展目标模拟函数叠加，基本作用距离120km，可扩展距离180km。
发明内容
本发明的目的就是将模拟系统和舰载雷达系统有机结合，使目标模拟系统模拟的雷达回波信息(包括目标、噪声、杂波、起伏、不同轨迹等特性)尽量逼近真实情况，为外场试验提供一个动态模拟测试和评估雷达系统的硬件平台。
本发明主要包括：发射天线、发射前端、辐射脉冲产生单元、高精度基准源和C波段捷变频率源、综合控制单元、接收天线、接收前端和数字射频存储单元。其中所述的数字射频存储单元包括高速ADC芯片、DAC芯片，第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、第三FPGA芯片和QDR2存储器阵列；所述的C波段频率源包括DSP芯片、第一DDS芯片、第二DDS芯片、基准源、16倍频电路、电调滤波器组、第一放大器和第二放大器；所述的综合控制单元包括FPGA。
本发明的工作原理如下：系统将接收到的雷达信号按预定要求调制好距离，速度，RCS起伏特性等信息后直接发回。雷达信号模拟系统首先对雷达天线接收到的信号进行混频,混频后的中频信号带宽为600MHz。中频信号由DRFM进行采集和存储，由信号处理单元对脉冲的包络、频率、相位、调制信息等进行分析处理与特征识别，并将多普勒频移按相同相位调制到目标模拟系统产生的雷达信号上，信号处理单元将模拟的信号按照设定的距离延时和幅度规律重构雷达信号，并通过C波段微波发射前端发射出去，实现目标模拟。系统还可以按照来自控制计算机的目标与环境仿真场景文件实时模拟雷达回波信号或干扰信号。
本发明的优点：(1)功能强，降低成本(2)适应性强，重复使用(3)灵活性高，方便耐用。
附图说明
图1是本发明目标模拟器原理框图。
图2是本发明模拟器的捷变频率源原理框图。
图3是本发明模拟器综合控制单元原理框图。
图4是本发明采用的数字射频存储原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明是一种C波段目标指示雷达目标模拟器,包括发射天线1、发射前端2、辐射脉冲产生单元3、高精度基准源和C波段捷变频率源4、综合控制单元5、数字射频存储单元6、接收前端7和接收天线8。
所述高精度基准源和C波段捷变频率源包括高性能DSP芯片21、第一DDS芯片22、高精度基准频率源23、第二DDS芯片24、第一16倍频电路25、第二16倍频电路26、电调滤波器组27、第一放大器28和第二放大器29；所述综合控制单元5由一片FPGA芯片构成,其内包括波形恢复逻辑31、DRFM接口逻辑32、信号特征提取逻辑33、线性延时电路34、DRFM控制电路35和DSP接口电路36等功能模块；所述数子射频存储单元6主要包括高速ADC芯片41、第一FPGA芯片42、高速DAC芯片43、第二FPGA芯片44、第三FPGA芯片45、第一存储阵列46、第二存储阵列47、第三存储阵列48、时钟产生电路49。
所述高精度基准源和C波段捷变频率源4为发射前端2和接收前端提供本振信号，在DSP芯片21控制接收本振的具体频率从控制计算机接口9输入，其数值为雷达工作频率减去数字射频存储8的中频频率，数字射频存储8的中频频率为600MHz。相应的第一DDS芯片22在DSP芯片的控制下输出频率范围也在240MHz到300MHz，只是这里还要根据目标速度模拟多普勒频移，使接收和发射本振信号存在一个多普勒频率fd。
多普勒频移fd模拟有以下关系式确定：
设接收到的雷达信号频率为f0，模拟器中频信号为500MHz，要模拟的目标速度v，则：
λ＝c/f0
因此，发射信号的本振为f0+fd，第一DDS芯片22的输出频率为：(MHz)，经过16倍频电路25、电调滤波器组27和放大器28后得到了接收的本振信号同时完成路目标速度模拟。
所述的综合控制单元5由xilinx高性能VIRTEX5FPGA实现，DSP接口电路36模拟将目标的距离信息经DRFM控制电路35解析，同时将回波波形信息传送到波形恢复电路31，后由DRFM接口32传输到数字射频存储单元8，控制回波信号的延时，实现距离模拟和杂波叠加。信号特征提取逻辑33将到数字射频存储单元8接收到的雷达信号解析取得信号的相关信息。
所述数字射频存储单元8将接收到的雷达中频信号由高速ADC芯片41进行正交采样，采样频率为1.5GHz，采样后的信号由第一FPGA芯片42存储到第三存储阵列48中，同时第三FPGA芯片45根据综合控制单元的距离延时信息将读取第三存储阵列48的地址偏移量传给第二FPGA芯片44，第二FPGA芯片44根据地址偏移量读取雷达信号实现目标距离模拟。另外，第三FPGA芯片45将杂波信息存储到存储阵列47中，第二FPGA芯片44将杂波信息与雷达信号在存储阵列46叠加，最后经告速DAC芯片43形成目标回波中频信号。经DAC芯片43输出的中频信号由辐射脉冲产生单元进行滤波、整形和幅度控制完成目标回波的幅度模拟。雷达信号经过目标模拟器后，实现了目标的速度、运动轨迹、回波起伏特性以及背景杂波的模拟。

Claims (3)

1.目标指示雷达目标模拟器，其特征在于：所述目标指示雷达目标模拟器由发射天线(1)、发射前端(2)、辐射脉冲产生单元(3)、高精度基准源和C波段捷变频率源(4)、综合控制单元(5)、接收天线(6)、接收前端(7)、数字射频存储单元(8)和控制计算机接口(9)；雷达信号经接收天线(6)进入接收前端(7)与来自高精度基准源和C波段捷变频率源(4)的本振信号混频得到中频信号，接收本振频率由DSP芯片(21)设定第二DDS芯片(24)经16倍频电路(26)、电调滤波器组(27)和放大器(29)得到；接收到的中频信号进入到数字射频存储单元(8),经高速ADC芯片(41)采样并由第一FPGA芯片(42)存储到第三存储阵列(48)中,第二FPGA芯片(44)根据来自第三FPGA芯片(45)的地址偏移和杂波信息在第一存储阵列(46)中合成模拟目标的距离和杂波信号，再由DAC芯片(43)合成目标处的回波信号；目标的起伏特性由综合控制单元(5)控制辐射脉冲产生单元(3)中的衰减器实现，目标回波的多普勒模拟由高精度基准源和C波段捷变频率源(4)的发射本振与接收本振间的频率差实现；数字射频存储单元(8)合成的目标回波中频信号经辐射脉冲产生单元(3)完成幅度模拟在发射前端(2)中与来自高精度基准源和C波段捷变频率源(4)发射本振混频后实现了目标的距离、起伏特性、杂波和速度的模拟；所述的高精度基准源和C波段捷变频率源(4)中DSP芯片(21)为TI公司的TMS6416高性能DSP，通过USB2.0接口与控制计算机相连，接收雷达信号的频点、距离、多普勒信息；通过FPGA接口与综合控制单元(5)相连，设定第二DDS芯片(24)和第一DDS芯片(22)产生接收本振和发射本振，其中第二DDS芯片(24)和第一DDS芯片(22)为AD公司的AD9910。
2.根据权利要求1所述的目标指示雷达目标模拟器，其特征在于：所述的综合控制单元(5)由Xilinx公司的Virtex-5FPGA实现，内部DSP接口电路(36)接收来自控制计算机接口(9)的目标距离和杂波信息，将目标的距离信息经DRFM控制电路(35)解析，同时将回波波形信息传送到波形恢复电路(31)，后由DRFM接口(32)传输到数字射频存储单元(8)，控制回波信号的延时，实现距离模拟和杂波叠加；信号特征提取逻辑(33)将到数字射频存储单元(8)接收到的雷达信号解析取得信号的相关信息。
3.根据权利要求1所述的目标指示雷达目标模拟器，其特征在于：所述数字射频存储单元(8)将接收到的雷达中频信号由高速ADC芯片(41)进行正交采样，采样频率为1.5GHz，采样后的信号由第一FPGA芯片(42)存储到第三存储阵列(48)中，同时第三FPGA芯片(45)根据综合控制单元的距离延时信息将读取第三存储阵列(48)的地址偏移量传给第二FPGA芯片(44)，第二FPGA芯片(44)根据地址偏移量读取雷达信号实现目标距离模拟；另外，第三FPGA芯片(45)将杂波信息存储到第二存储阵列(47)中，第二FPGA芯片(44)将杂波信息与雷达信号在第一存储阵列(46)叠加，最后经高速DAC芯片(43)形成目标回波中频信号；经DAC芯片(43)输出的中频信号由辐射脉冲产生单元进行滤波、整形和幅度控制完成目标回波的幅度模拟。
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