CN105510889B - 一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统，采用控制计算机对其进行控制，控制计算机用于生成模拟回波基带信号及保存真实回波基带信号，该模拟源系统包含：网口芯片，与控制计算机连接；处理器，与网口芯片连接，用于模拟源系统的功能控制及数据处理；存储器，与处理器连接，用于存储模拟回波基带信号或者真实回波基带信号；DDS器件，与处理器连接，用于根据处理器的控制指令将模拟回波基带信号或真实回波基带信号正交调制成中频模拟信号；微波模块，与所述DDS器件连接，用于将DDS器件产生的中频模拟信号与本振信号进行混频，得到所需的回波模拟信号。本发明还公开了一种回波模拟信号生成方法。本发明系统结构简单，成本低，方法易操作。

Description

一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统及其方法
技术领域
本发明涉及雷达信号模拟技术领域，具体涉及一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统及其方法。
背景技术
国外在上个世纪70年代报道了有关现代喷气发动机进气管内的高速旋转叶片对雷达回波的周期性调制现象，称之为J.E.M效应。与喷气发动机旋转叶片类似，直升机旋翼等周期性运动部件也会对雷达回波产生调制，这种调制作用有时也称为类J.E.M效应。目标的周期性运动部件调制(Periodically Moving Parts Modulation，PMPM)将导致回波能量频谱扩散，这些PMPM分量一方面作为“目标噪声”影响多普勒频率跟踪精度，另一方面由于其与目标结构特征的对应关系可作为目标识别的有效特征。已有相关文献基于电磁散射模型计算了飞机旋转叶片雷达回波，并给出了旋转叶片回波的数学模型。
由于直升机旋翼雷达回波信号复杂度较高，如何模拟直升机旋翼雷达回波成为反直升机防空导弹导引头研制的关键。目前，测试导引头对直升机目标的探测性能，多是通过软件仿真或者直接通过导引头外场试验的手段。软件仿真的方法建立在纯理论基础上，对导引头的验证忽略了真实系统的影响；外场试验可以得到真实的直升机回波，但是试验条件较为苛刻，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统及其方法，系统结构简单，成本低，方法易操作，可以利用直升机旋翼的数学模型，模拟所需要的不同种类的直升机旋翼雷达回波，同时也可以通过回放真实回波数据的工作模式回放外场试验的真实回波。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统，采用控制计算机对模拟源系统进行控制，所述的控制计算机，用于建立人机交互界面，并生成模拟回波基带信号及保存在外场试验中采集的真实回波基带信号，以向模拟源系统发送回波基带信号数据及模拟源系统控制指令，其特点是，该模拟源系统包含：
网口芯片，与所述控制计算机连接，用于通信协议转换，将控制计算机发送的数据转换为模拟源系统可以识别的数据格式，并进行数据传输；
处理器，与所述网口芯片连接，用于模拟源系统的功能控制及数据处理；
存储器，与所述处理器连接，用于存储模拟回波基带信号或者真实回波基带信号；
DDS器件，与所述处理器连接，用于根据处理器的控制指令将模拟回波基带信号或真实回波基带信号正交调制成中频模拟信号；
微波模块，与所述DDS器件连接，用于将DDS器件产生的中频模拟信号与本振信号进行混频，得到所需的回波模拟信号；
数控衰减器，与所述微波模块连接，用于控制回波模拟信号的输出功率。
一种采用直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统的回波模拟信号生成方法，其特点是，包含以下步骤：
S1、在控制计算机中选择回波模拟信号的生成模式；
S2.1、若为发生模式，则控制计算机根据数学模型计算生成模拟回波基带信号数据后执行步骤S3；
S2.2、若为回放模式，则控制计算机将已保存的真实回波基带信号数据调出后执行步骤S3；
S3、控制计算机对模拟回波基带信号或真实回波基带信号进行正交变换后得到相位相差90°的两路信号，并通过网口芯片传输给处理器；
S4、处理器控制DDS器件将正交变换后模拟回波基带信号或真实回波基带信号进行正交调制到中频信号，得到中频模拟信号；
S5、微波模块将中频模拟信号与本振信号进行混频后得到回波模拟信号；
S6、数控衰减器控制回波模拟信号的输出功率并输出回波模拟信号。
所述的步骤S2.1中生成模拟回波基带信号的步骤包含：
选择待模拟的直升机旋翼参数；
根据旋转叶片回波数学模型生成模拟回波基带信号。
所述的模拟回波基带信号表示为：
本发明一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统及其方法与现有技术相比具有以下优点：通过设置不同的直升机旋翼参数，产生相应的雷达回波模拟信号，同时还可以用于重放外场试验的真实回波信号，利用FPGA及DDS器件，简化了雷达性能验证试验条件，节约了雷达实战能力测试的成本。
附图说明
图1为本发明一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统的结构框图；
图2为本发明回波模拟信号生成方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统，采用控制计算机100对模拟源系统进行控制，所述的控制计算机100，用于建立人机交互界面，并生成模拟回波基带信号及保存在外场试验中采集的真实回波基带信号，以向模拟源系统发送回波基带信号数据及模拟源系统控制指令，该模拟源系统包含：网口芯片200，与所述控制计算机100连接，用于通信协议转换，将控制计算机发送的数据转换为模拟源系统可以识别的数据格式，并进行数据传输；处理器300(FPGA)，与所述网口芯片200连接，用于模拟源系统的功能控制及数据处理；存储器400(DDR3)，与所述处理器300连接，用于存储模拟回波基带信号或者真实回波基带信号；DDS器件500(型号为AD公司DDS芯片AD9957)，与所述处理器300连接，用于根据处理器300的控制指令将模拟回波基带信号或真实回波基带信号正交调制成中频模拟信号；微波模块600，与所述DDS器件500连接，用于将DDS器件500产生的中频模拟信号与本振信号进行混频，得到所需的回波模拟信号；数控衰减器700，与所述微波模块600连接，用于控制回波模拟信号的输出功率。
结合上述的直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统，本发明还公开了一种采用直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统的回波模拟信号生成方法，包含以下步骤：
S1、在控制计算机中选择回波模拟信号的生成模式；
S2.1、若为发生模式，则控制计算机根据数学模型计算生成模拟回波基带信号数据后执行步骤S3；
S2.2、若为回放模式，则控制计算机将已保存的真实回波基带信号数据调出后执行步骤S3；
S3、控制计算机对模拟回波基带信号或真实回波基带信号进行正交变换后得到相位相差90°的两路信号，并通过网口芯片传输给处理器；
S4、处理器控制DDS器件将正交变换后模拟回波基带信号或真实回波基带信号进行正交调制到中频信号，得到中频模拟信号；
S5、微波模块将中频模拟信号与本振信号进行混频后得到回波模拟信号；
S6、数控衰减器控制回波模拟信号的输出功率并输出回波模拟信号。
所述的步骤S2.1、中生成模拟回波基带信号的步骤包含：
选择待模拟的直升机旋翼参数；
根据旋转叶片回波数学模型生成模拟回波基带信号。
本发明设计中，模拟回波基带信号是由控制计算机根据直升机旋翼回波数学模型计算得到。直升机旋翼回波数学模型根据相关文献建立，直升机旋翼叶片的雷达回波基带信号为：
式中：L为直升机叶片长度；λ为雷达信号波长；β为雷达观测俯仰角；Ω为散射点绕叶片中心点旋转的角速度；θ0为散射点的初始旋转角；c表示声速。
对于由N个叶片组成的旋翼,相应的有N个初始旋转角：
θk＝θ0+2πk/N,k＝0,1,2,…,N-1
于是总的回波信号为：
其中
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统，采用控制计算机对模拟源系统进行控制，所述的控制计算机，用于建立人机交互界面，并生成模拟回波基带信号及保存在外场试验中采集的真实回波基带信号，以向模拟源系统发送回波基带信号数据及模拟源系统控制指令，其特征在于，该模拟源系统包含：
网口芯片，与所述控制计算机连接，用于通信协议转换，将控制计算机发送的数据转换为模拟源系统可以识别的数据格式，并进行数据传输；
处理器，与所述网口芯片连接，用于模拟源系统的功能控制及数据处理；
存储器，与所述处理器连接，用于存储模拟回波基带信号或者真实回波基带信号；
DDS器件，与所述处理器连接，用于根据处理器的控制指令将模拟回波基带信号或真实回波基带信号正交调制成中频模拟信号；
微波模块，与所述DDS器件连接，用于将DDS器件产生的中频模拟信号与本振信号进行混频，得到所需的回波模拟信号；
数控衰减器，与所述微波模块连接，用于控制回波模拟信号的输出功率。
2.一种采用直升机旋翼雷达回波信号模拟源系统的回波模拟信号生成方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、在控制计算机中选择回波模拟信号的生成模式；
S2.1、若为发生模式，则控制计算机根据数学模型计算生成模拟回波基带信号数据后执行步骤S3；
S2.2、若为回放模式，则控制计算机将已保存的真实回波基带信号数据调出后执行步骤S3；
S3、控制计算机对模拟回波基带信号或真实回波基带信号进行正交变换后得到相位相差90°的两路信号，并通过网口芯片传输给处理器；
S4、处理器控制DDS器件将正交变换后模拟回波基带信号或真实回波基带信号进行正交调制到中频信号，得到中频模拟信号；
S5、微波模块将中频模拟信号与本振信号进行混频后得到回波模拟信号；
S6、数控衰减器控制回波模拟信号的输出功率并输出回波模拟信号；
所述的步骤S2.1中生成模拟回波基带信号的步骤包含：
选择待模拟的直升机旋翼参数；
根据旋转叶片回波数学模型生成模拟回波基带信号；
所述的模拟回波基带信号表示为：
其中k＝0,1,2,…,N-1，L表示直升机叶片长度；λ表示雷达信号波长；β表示雷达观测俯仰角；Ω表示散射点绕叶片中心点旋转的角速度；θ0为散射点的初始旋转角；c表示声速。
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