CN105510888A - 一种基于数字合成的雷达信号模拟方法及模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达信号模拟技术领域，公开一种基于数字合成的雷达信号模拟方法及模拟器，该雷达信号模拟方法采用的模拟器由任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络、频率变换模块、信号输出模块以及主控模块组成，所述任意波形数字合成阵列的输入端与时序控制模块相连，任意波形数字合成阵列的输出端通过多路信号合成网络、频率变换模块与天馈线模块相连；且任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络的控制端与主控模块相连。本发明采用先生成多路低频信号波形，再倍频，实现了多路宽带的雷达信号输出，减少了倍频器等昂贵微波元器件的使用，且结构简单、控制方便，提高模拟器的可靠性，降低模拟器的成本。

Description

一种基于数字合成的雷达信号模拟方法及模拟器

技术领域

本发明属于雷达信号模拟技术领域，尤其涉及一种基于数字合成的雷达信号模拟方法及模拟器，能够同时模拟多部雷达辐射源的信号生成装置。

背景技术

雷达信号模拟器在雷达系统、雷达对抗系统的研制、试验评估等领域应用广泛。现有的雷达信号模拟器通常是一个去掉接收通道的雷达辐射源，一般包括信号发生器、发射机、天线、主控系统等。这样的雷达信号模拟器通常仅能模拟一部雷达信号，只有通过程序控制可改变信号发射的类型等，达到分时模拟多种雷达的目的。

在现有的系统试验的应用需求中，往往需要多部不同类型的雷达同时工作，这就必须动用多部现行的雷达信号模拟器。当然也就导致人力、物力等成本的增加。因此开发能利用一部装置就可以同时模拟多部雷达辐射源的信号生成装置就成为迫切的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字合成的雷达信号模拟器，能够利用一部装置就可以同时模拟多部雷达辐射源的信号生成装置，即能够同时模拟多部独立工作的雷达辐射源的雷达信号模拟器。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于数字合成的雷达信号模拟器，包括任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络、频率变换模块、天馈线模块和主控模块，所述任意波形数字合成阵列的输入端与时序控制模块相连，任意波形数字合成阵列的输出端通过多路信号合成网络、频率变换模块与天馈线模块相连；且任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络的控制端与主控模块相连。

上述技术方案中，所述任意波形数字合成阵列，用于产生多路雷达信号波形，包括多个波形产生单元，每个波形产生单元为四路波形产生单元，所述四路波形产生单元，用于产生4路独立工作的1-2GHz频段的雷达信号；由直接数字合成电路DDS、锁相环电路PLL、变频器、滤波放大电路和晶振组成，所述直接数字合成电路DDS通过若干通道分别与对应的变频器、滤波放大电路相连，每个通道上的变频器的本振端口分别与锁相环电路PLL对应的可变的高频本振信号输出端相连，锁相环电路PLL的输入端与晶振第一个输出端相连，晶振第二个输出端与直接数字合成电路DDS的输入端相连；

所述直接数字合成电路DDS用于基带的任意雷达波形直接数字合成，锁相环电路PLL用于提供可变的高频本振信号。

上述技术方案中，所述时序控制模块，用于生成控制任意波形数字合成阵列中各个波形产生单元信号生成的时序控制信号，主要由微控制器组成，或可编程器件组成。

上述技术方案中，所述多路信号合成网络，用于对任意波形数字合成阵列中各个波形产生单元所生成信号的多路合成和输出通道选择；多路信号合成网络包括多个合路器和多个开关器件，多个合路器由第一组多个合路器和第二组多个合路器组成，第一组多个合路器通过多个开关器件与第二组多个合路器相连，其中多个开关器件与第二组多个合路器为信号选通功能的相互交叉连接的方式。

上述技术方案中，所述多路信号合成网络包括的多个合路器和多个开关器件，所述多个合路器的第一组多个合路器为4个八路合路器，第二组多个合路器为4个四路合路器；多个开关器件为4个单刀四掷开关，每个单刀四掷开关的四个输出端分别与第二组多个合路器的4个四路合路器的一个输入端相连，构成信号从4个八路合路器到4个倍频器的数字选通控制的四路相互交叉连接的方式。

上述技术方案中，所述频率变换模块，由宽带倍频器和相应的滤波放大器组成，用于对多路合成后的低频信号进行倍频，形成所需的雷达信号，并对其进行滤波和放大。

上述技术方案中，所述宽带倍频器由相应波段的S、C、X、Ku四个波段的宽带倍频器组成，其中S波段宽带倍频器为二倍频，C波段宽带倍频器为四倍频，X波段宽带倍频器为八倍频，Ku波段宽带倍频器为十二倍频，用于实现2-4GHz、4-8GHz、8-16GHz、12-24GHz的频段输出，从而完整覆盖整个2-18GHz的频段。

上述技术方案中，所述天馈线模块由四路合路器、同轴电缆和宽带双脊喇叭天线组成，用于雷达信号的注入式或辐射式输出。

上述技术方案中，所述主控模块为用于人机界面的显示及输入输出控制的微机或微控制器。

一种基于数字合成的雷达信号模拟方法，首先生成多路低频信号波形，再经多路合成、倍频的方法模拟覆盖2-18GHz的频段，即在主控模块的控制下，时序控制模块生成所需的控制信号，控制任意波形数字合成阵列中的各个波形产生单元生成相应的低频雷达信号，各个波形产生单元所生成的低频雷达信号经过多路信号合成网络进行信号合成后，进入频率变换模块进行倍频并滤波放大以达到所需的雷达信号频段，最后由天馈线模块完成信号的注入式或辐射式输出，其步骤如下：

1）、制作雷达信号模拟器；

a.采用8个四路波形产生单元组成任意波形数字合成阵列；四路波形产生单元由直接数字合成电路DDS、锁相环电路PLL、上变频器、滤波放大电路和晶振五个部分组成；

b.采用4个八路合路器、4个单刀四掷开关和4个四路合路器组成多路信号合成网络；

c.采用S、C、X、Ku四个波段的宽带倍频器和相应的滤波放大器组成频率变换模块；

d.采用1个四路合路器、1个同轴电缆和1个宽带双脊喇叭天线共同组成天馈线模块；

2）、数字合成的雷达信号模拟方法，其具体步骤如下：

a.任意波形数字合成阵列的每个四路波形产生单元产生4路独立工作的1-2GHz频段的雷达信号；即四路波形产生单元的直接数字合成电路DDS完成基带的任意雷达波形直接数字合成，锁相环电路PLL提供可变的高频本振信号；

b.多路信号合成网络中与4个八路合路器连接的每个单刀四掷开关的四个输出端分别与4个四路合路器的一个输入端相连，以实现信号从4个八路合路器到4个倍频器的数字选通控制；

c.频率变换模块的S波段宽带倍频器为二倍频；

d.频率变换模块的C波段宽带倍频器为四倍频；

e.频率变换模块的X波段宽带倍频器为八倍频；

f.频率变换模块的Ku波段宽带倍频器为十二倍频；

g.以分别实现2-4GHz、4-8GHz、8-16GHz、12-24GHz的频段输出，从而完整覆盖整个2-18GHz的频段；之后所有信号由2-18GHz的四路合路器再合成后，经过同轴电缆由2-18GHz的宽带双脊喇叭天线输出；

其中，四路波形产生单元的直接数字合成电路DDS工作在10-110MHz频率范围，锁相环电路PLL工作在0.99-1.89GHz频率范围，该频率组合是根据用户的需求进行相应的调整，通过上变频即可实现1-2GHz宽带的雷达信号波形输出。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

（1）整个装置采用先生成多路低频信号，经多路合成后再倍频的技术方案，能够实现减少倍频器等昂贵微波元器件的使用，从而简化模拟器的结构，提高模拟器的可靠性，也降低模拟器的成本；

（2）任意波形数字合成阵列采用直接数字合成技术，使得生成信号的样式能够根据用户需求，通过软件的方式实现自由控制。同时输出信号的路数由阵列中的波形产生单元的数量决定，可以自由设计，因而装置具有很强的可重构能力和升级能力。

（3）多路信号合成网络仅由合路器和开关构成，结构简单，控制方便。

（4）频率变换模块采用宽带倍频方案，可以实现宽带的雷达信号生成。

附图说明

图1是本发明提供的雷达信号模拟器的电路方框图；

图2是本发明提供的雷达信号模拟器的电路连接图；

图3是雷达信号模拟器四路波形产生单元的电路方框图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，以能够在2-18GHz频段内同时生成32部独立工作的雷达辐射源的雷达信号模拟器为例，结合附图对本发明作进一步说明。

一种基于数字合成的雷达信号模拟器，如图1所示，由六个模块组成，分别是：任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络、频率变换模块、信号输出模块，以及主控模块。其中，任意波形数字合成阵列、多路信号合成网络、频率变换模块、信号输出模块为主要模块，时序控制模块和主控模块为辅助模块。所述任意波形数字合成阵列的输入端与时序控制模块相连，任意波形数字合成阵列的输出端通过多路信号合成网络、频率变换模块与天馈线模块相连；且任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络的控制端与主控模块相连。

所述主要模块的具体连接图如图2所示。8个四路波形产生单元组成任意波形数字合成阵列；4个八路合路器、4个单刀四掷开关和4个四路合路器组成多路信号合成网络；S、C、X、Ku四个波段的宽带倍频器和相应的滤波放大器组成频率变换模块；1个四路合路器、1个同轴电缆和1个宽带双脊喇叭天线共同组成信号输出模拟。其中，四路波形产生单元产生4路独立工作的1-2GHz频段的雷达信号；

多路信号合成网络中与4个八路合路器连接的每个单刀四掷开关的四个输出端分别与4个四路合路器的一个输入端相连，即图2中两个相同编号（如1-1）相连，以实现信号从4个八路合路器到4个倍频器的数字选通控制；S波段宽带倍频器为二倍频，C波段宽带倍频器为四倍频，X波段宽带倍频器为八倍频，Ku波段宽带倍频器为十二倍频，以分别实现2-4GHz、4-8GHz、8-16GHz、12-24GHz的频段输出，从而完整覆盖整个2-18GHz的频段；之后所有信号由2-18GHz的四路合路器再合成后经过同轴电缆由2-18GHz的宽带双脊喇叭天线输出。

图2中所述四路波形产生单元的具体设计框图如图3所示，由五个部分组成，分别是直接数字合成（DDS）电路、锁相环（PLL）电路、上变频器、滤波放大电路以及晶振。DDS电路完成基带的任意雷达波形直接数字合成，PLL电路提供可变的高频本振信号。作为一个例子，可让DDS电路工作在10-110MHz频率范围，而让PLL电路工作在0.99-1.89GHz频率范围，这里的频率组合可根据用户的需求进行相应的调整，这样通过上变频即可实现1-2GHz的宽带的雷达信号波形输出。

一种基于数字合成的雷达信号模拟方法，是首先生成多路低频信号波形，再经多路合成、倍频的方法模拟覆盖2-18GHz的频段，其步骤如下：

1）、制作雷达信号模拟器；

a.采用8个四路波形产生单元组成任意波形数字合成阵列；四路波形产生单元由直接数字合成电路DDS、锁相环电路PLL、上变频器、滤波放大电路和晶振五个部分组成；

b.采用4个八路合路器、4个单刀四掷开关和4个四路合路器组成多路信号合成网络；

c.采用S、C、X、Ku四个波段的宽带倍频器和相应的滤波放大器组成频率变换模块；

d.采用1个四路合路器、1个同轴电缆和1个宽带双脊喇叭天线共同组成信号输出模拟；

2）、数字合成的雷达信号模拟方法，其具体步骤如下：

a.任意波形数字合成阵列的每个四路波形产生单元产生4路独立工作的1-2GHz频段的雷达信号；即四路波形产生单元的直接数字合成电路DDS完成基带的任意雷达波形直接数字合成，锁相环电路PLL提供可变的高频本振信号；

b.多路信号合成网络中与4个八路合路器连接的每个单刀四掷开关的四个输出端分别与4个四路合路器的一个输入端相连，即两个相同编号相连，以实现信号从4个八路合路器到4个倍频器的数字选通控制；

c.频率变换模块的S波段宽带倍频器为二倍频；

d.频率变换模块的C波段宽带倍频器为四倍频；

e.频率变换模块的X波段宽带倍频器为八倍频；

f.频率变换模块的Ku波段宽带倍频器为十二倍频；

g.以分别实现2-4GHz、4-8GHz、8-16GHz、12-24GHz的频段输出，从而完整覆盖整个2-18GHz的频段；之后所有信号由2-18GHz的四路合路器再合成后，经过同轴电缆由2-18GHz的宽带双脊喇叭天线输出；

其中，四路波形产生单元的直接数字合成电路DDS工作在10-110MHz频率范围，锁相环电路PLL工作在0.99-1.89GHz频率范围，该频率组合是根据用户的需求进行相应的调整，通过上变频即可实现1-2GHz宽带的雷达信号波形输出。

Claims (10)

1.一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：包括任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络、频率变换模块、天馈线模块、和主控模块，所述任意波形数字合成阵列的输入端与时序控制模块相连，任意波形数字合成阵列的输出端通过多路信号合成网络、频率变换模块与天馈线模块相连；且任意波形数字合成阵列、时序控制模块、多路信号合成网络的控制端与主控模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述任意波形数字合成阵列，用于产生多路雷达信号波形，包括多个波形产生单元，每个波形产生单元为四路波形产生单元，所述四路波形产生单元，用于产生4路独立工作的1-2GHz频段的雷达信号；由直接数字合成电路DDS、锁相环电路PLL、变频器、滤波放大电路和晶振组成，所述直接数字合成电路DDS通过若干通道分别与对应的变频器、滤波放大电路相连，每个通道上的变频器的本振端口分别与锁相环电路PLL对应的可变的高频本振信号输出端相连，锁相环电路PLL的输入端与晶振第一个输出端相连，晶振第二个输出端与直接数字合成电路DDS的输入端相连；

所述直接数字合成电路DDS用于基带的任意雷达波形直接数字合成，锁相环电路PLL用于提供可变的高频本振信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述时序控制模块，用于生成控制任意波形数字合成阵列中各个波形产生单元信号生成的时序控制信号，主要由微控制器组成，或可编程器件组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述多路信号合成网络，用于对任意波形数字合成阵列中各个波形产生单元所生成信号的多路合成和输出通道选择；

多路信号合成网络包括多个合路器和多个开关器件，多个合路器由第一组多个合路器和第二组多个合路器组成，第一组多个合路器通过多个开关器件与第二组多个合路器相连，其中多个开关器件与第二组多个合路器为信号选通功能的相互交叉连接的方式。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述多路信号合成网络包括的多个合路器和多个开关器件，所述多个合路器的第一组多个合路器为4个八路合路器，第二组多个合路器为4个四路合路器；多个开关器件为4个单刀四掷开关，每个单刀四掷开关的四个输出端分别与第二组多个合路器的4个四路合路器的一个输入端相连，构成信号从4个八路合路器到4个倍频器的数字选通控制的四路相互交叉连接的方式。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述频率变换模块，由宽带倍频器和相应的滤波放大电路组成，用于对多路合成后的低频信号进行倍频，形成所需的雷达信号，并对其进行滤波和放大。

7.根据权利要求6所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述宽带倍频器由相应波段的S、C、X、Ku四个波段的宽带倍频器组成，其中S波段宽带倍频器为二倍频，C波段宽带倍频器为四倍频，X波段宽带倍频器为八倍频，Ku波段宽带倍频器为十二倍频，用于实现2-4GHz、4-8GHz、8-16GHz、12-24GHz的频段输出，从而完整覆盖整个2-18GHz的频段。

8.根据权利要求1所述的一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述天馈线模块由四路合路器、同轴电缆和宽带双脊喇叭天线组成，用于雷达信号的注入式或辐射式输出。

9.一种基于数字合成的雷达信号模拟器，其特征在于：所述主控模块为用于人机界面的显示及输入输出控制的微机或微控制器。

10.采用权利要求1所述雷达信号模拟器的一种基于数字合成的雷达信号模拟方法，其特征在于：首先生成多路低频信号波形，再经多路合成、倍频的方法模拟覆盖2-18GHz的频段，其步骤如下：

1）、制作雷达信号模拟器；

a.采用8个四路波形产生单元组成任意波形数字合成阵列；四路波形产生单元由直接数字合成电路DDS、锁相环电路PLL、变频器、滤波放大电路和晶振五个部分组成；

b.采用4个八路合路器、4个单刀四掷开关和4个四路合路器组成多路信号合成网络；

c.采用S、C、X、Ku四个波段的宽带倍频器和相应的滤波放大电路组成频率变换模块；

d.采用1个四路合路器、1个同轴电缆和1个宽带双脊喇叭天线共同组成天馈线模块；

2）、数字合成的雷达信号模拟方法，其具体步骤如下：

a.任意波形数字合成阵列的每个四路波形产生单元产生4路独立工作的1-2GHz频段的雷达信号；即四路波形产生单元的直接数字合成电路DDS完成基带的任意雷达波形直接数字合成，锁相环电路PLL提供可变的高频本振信号；

所述任意波形数字合成阵列采用多个DDS和多个PLL通过多个上变频的方式同时产生多路雷达信号波形，器件的个数可根据需要进行设计；

b.多路信号合成网络中与4个八路合路器连接的每个单刀四掷开关的四个输出端分别与4个四路合路器的一个输入端相连，以实现信号从4个八路合路器到4个倍频器的数字选通控制；

c.频率变换模块的S波段宽带倍频器为二倍频；

d.频率变换模块的C波段宽带倍频器为四倍频；

e.频率变换模块的X波段宽带倍频器为八倍频；

f.频率变换模块的Ku波段宽带倍频器为十二倍频；

g.以分别实现2-4GHz、4-8GHz、8-16GHz、12-24GHz的频段输出，从而完整覆盖整个2-18GHz的频段；之后所有信号由2-18GHz的四路合路器再合成后，经过同轴电缆由2-18GHz的宽带双脊喇叭天线输出；

其中，四路波形产生单元的直接数字合成电路DDS工作在10-110MHz频率范围，锁相环电路PLL工作在0.99-1.89GHz频率范围，该频率组合是根据用户的需求进行相应的调整，通过上变频即可实现1-2GHz宽带的雷达信号波形输出。