CN105785334A - 一种全相参的x波段宽带雷达目标模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，包括雷达信号产生器、上变频组件、X波段光纤延迟器、数控衰减器和频率综合器，频率综合器的输出端分别连接雷达信号产生器的输入端和上变频组件的输入端，雷达信号产生器的输出端分别连接上变频组件的输入端、X波段光纤延迟器的输入端和数控衰减器的输入端，上变频组件的输出端连接X波段光纤延迟器的输入端，X波段光纤延迟器的输出端连接数控衰减器的输入端。本发明通过配合现有的雷达信号产生器，不仅可以产生现代雷达系统所需的多种中频信号，而且能够模拟质量高、真实度优的全相参、大宽带雷达目标回波射频信号，可同时用于雷达接受分机和信号处理分机的调试和性能检测。
Description
技术领域
本发明涉及雷达目标模拟技术领域，尤其涉及一种全相参的X波段宽带雷达目标模拟器。
背景技术
随着现代雷达技术的不断发展，早期雷达所采用的非相参窄带单脉冲信号逐渐被全相参宽带信号所取代。在实际的战场使用环境中，为了获得较好的搜索、跟踪、抗干扰、反隐身等性能，现代雷达通常采用捷变频、线性调频、相位编码、大宽带、全相参等技术。雷达目标模拟技术伴随着现代系统模拟仿真技术而出现，在雷达的研制和应用过程中，均需要提供目标环境用于系统调试、评估，以及日常功能检测和操作使用人员的培训。目前用于雷达自检的目标模拟技术分为转发式目标模拟技术和注入式目标模拟技术。转发式目标模拟技术主要分为模拟转发技术和数字转发技术，模拟转发技术主要采用声表面波器件、电缆和光纤等，数字转发技术多基于数字射频存储技术。转发式目标模拟器系统比较简单，容易维护，但其对待测雷达的性能要求较高，需要待测雷达能够输出完整的雷达射频信号，或者需要体积较大、质量较大的多功能信号源作为雷达信号源。
传统的注入式目标模拟技术多采用中频，以频率综合器作为相参时钟源，为整个系统提供时钟信号；雷达目标模拟器通过串口接收控制命令，经过内部主控芯片的算法处理，生成对直接数字频率合成器的控制参数，以及帧同步信号、TR同步信号等一系列时序信号。直接数字频率合成器生成原始的中频信号，经过滤波放大后直接注入信号处理分机。雷达目标的模拟主要包括多普勒频移和时间延迟量，其中多普勒频移由主控芯片给直接数字频率合成器直接加载，时间延迟量则通过向信号处理分机发送延迟的TR同步信号完成。由于此种雷达目标模拟技术主要是在中频进行，只能够对信号处理分机进行调试检测，而且其是通过雷达工作的时序信号延迟来进行简单的距离延迟模拟，所以该技术应用面窄，模拟出来的目标回波信号真实度差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，通过配合现有的雷达信号产生器，不仅可以产生现代雷达系统所需的多种中频信号，而且能够模拟质量高、真实度优的全相参、大宽带雷达目标回波射频信号，可同时用于雷达接受分机和信号处理分机的调试和性能检测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，包括雷达信号产生器，还包括上变频组件、X波段光纤延迟器、数控衰减器和频率综合器，频率综合器的输出端分别连接雷达信号产生器的输入端和上变频组件的输入端，雷达信号产生器的输出端分别连接上变频组件的输入端、X波段光纤延迟器的输入端和数控衰减器的输入端，上变频组件的输出端连接X波段光纤延迟器的输入端，X波段光纤延迟器的输出端连接数控衰减器的输入端；
雷达信号产生器用于产生多种形式的中频信号，同时加载多普勒频率调制，模拟目标的多普勒频移，实现对雷达目标的速度模拟；上变频组件用于接收雷达信号产生器输出的中频信号，经过上变频和滤波将其调制为X波段的射频信号；X波段光纤延迟器用于接收上变频组件输出的X波段的射频信号，通过光波调制、光信号延迟和光电转换将其转换为带有时间延迟的射频信号，实现对雷达目标的距离模拟；数控衰减器用于接收X波段光纤延迟器输出的射频信号，并对其幅度进行衰减控制，实现对雷达目标的雷达截面积模拟；频率综合器用于为雷达信号产生器提供时钟信号，并为上变频组件提供本振信号。
所述的雷达信号产生器包括主控制模块和波形产生模块，主控制模块的输出端连接波形产生模块的输入端。
所述的上变频组件包括顺次连接的一次上变频器、一次滤波器、二次上变频器和二次滤波器。
所述的X波段光纤延迟器包括激光光源、调制器、光纤延迟组件和光探测器，激光光源依次通过调制器和光纤延迟组件连接光探测器。
所述雷达信号产生器的主控制模块采用可编程控制器FPGA，雷达信号产生器的波形产生模块采用直接数字频率合成器DDS。
所述的光纤延迟组件包括四组顺次连接的光纤延迟单元，每组光纤延迟单元均包括四个光开关，分别为第一光开关、第二光开关、第三光开关和第四光开关，每组光纤延迟单元还包括三段长度不同的光纤，第二光开关、第三光开关和第四光开关各自串联一段光纤后分别并联在第一光开关两侧。
所述的光纤延迟组件中四组顺次连接的光纤延迟单元分别为第一光纤延迟单元、第二光纤延迟单元、第三光纤延迟单元和第四光纤延迟单元，光波信号在第一光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为1μs，2μs和3μs，光波信号在第二光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为4μs，8μs和12μs，光波信号在第三光纤延迟单元四三段光纤中的传输时间分别为16μs，32μs和48μs，光波信号在第四光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为64μs，128μs和191μs。
本发明利用直接数字频率合成技术，能够产生现代雷达系统采用的频率捷变信号、线性调频信号和相位编码信号，同时加载多普勒频率调制，实现对雷达目标的速度模拟；本发明利用上变频组件，将雷达信号产生器输出的中频信号调制为射频信号，并通过X波段光纤延迟器实现不同的信号时延，完成对雷达目标距离的模拟；本发明利用数控衰减器对X波段光纤延迟器输出的射频信号进行数控衰减，模拟目标的雷达截面积，数控衰减器最终输出质量高、真实度优的全相参、大带宽目标回波射频信号，可同时用于雷达接收分机和信号处理分机的调试和性能检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，包括雷达信号产生器、上变频组件、X波段光纤延迟器、数控衰减器和频率综合器，频率综合器的输出端分别连接雷达信号产生器的输入端和上变频组件的输入端，雷达信号产生器的输出端分别连接上变频组件的输入端、X波段光纤延迟器的输入端和数控衰减器的输入端，上变频组件的输出端连接X波段光纤延迟器的输入端，X波段光纤延迟器的输出端连接数控衰减器的输入端。
雷达信号产生器包括主控制模块和波形产生模块，主控制模块的输出端连接波形产生模块的输入端，本发明的主控制模块采用可编程控制器FPGA，波形产生模块采用直接数字频率合成器DDS，主控制模块根据雷达的不同工作波形选择产生相应的控制参数，控制波形产生模块输出相应的雷达中频信号，包括线性调频信号、相位编码信号和捷变频信号。同时，主控制模块依据需要模拟的雷达目标的速度、距离和雷达截面积信息，产生对应的多普勒频移、光纤延迟量和数控衰减量，多普勒频移可由主控制模块直接加载到波形产生模块，实现对雷达目标的速度模拟；光纤延迟量由主控制模块控制X波段光纤延迟器中的光学路径来实现，即通过不同的信号延时完成对雷达目标的距离模拟；数控衰减量则由主控制模块直接写入数控衰减器相应的控制码字中，由数控衰减器对接收到的射频信号进行相应的数控衰减，模拟雷达目标的雷达截面积。本发明雷达信号产生器的主控制模块控制波形产生模块输出多种雷达中频信号和主控制模块产生多普勒频移、光纤延迟量和数控衰减量的过程均为现有技术，不属于本发明的保护范围，因此不再赘述。
本发明的上变频组件包括顺次连接的一次上变频器、一次滤波器、二次上变频器和二次滤波器。上变频组件用于接收和调制雷达信号产生器输出的中频信号，经过两次上变频和两次滤波后中频信号被调制为X波段的射频信号，其中两次上变频过程中的一本振信号和二本振信号由频率综合器提供，与雷达接收分机同源，能够确保整个系统的全相参。
X波段光纤延迟器包括激光光源、调制器、光纤延迟组件和光探测器，激光光源依次通过调制器和光纤延迟组件连接光探测器。调制器同时接收上变频组件输出的X波段的射频信号和激光光源输出的光波信号，通过光波调制将X波段的射频信号加载到光波信号中，形成调制光信号。光纤延迟组件包括四组顺次连接的光纤延迟单元，每组光纤延迟单元均包括四个光开关，分别为第一光开关、第二光开关、第三光开关和第四光开关，每组光纤延迟单元还包括三段长度不同的光纤，第二光开关、第三光开关和第四光开关各自串联一段光纤后并联在第一光开关两侧。主控制模块通过控制四组光纤延迟单元中各个光开关的通断，构成不同的光学路径，调制光信号通过四个光开关和长度不同的光纤，实现不同的信号延迟，最后经过光探测器的光电转换将调制光信号转换为带有时间延迟的射频信号，实现对雷达目标的距离模拟。
本实施例的光纤延迟组件中四组顺次连接的光纤延迟单元分别为第一光纤延迟单元、第二光纤延迟单元、第三光纤延迟单元和第四光纤延迟单元，光波信号在第一光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为1μs，2μs和3μs，光波信号在第二光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为4μs，8μs和12μs，光波信号在第三光纤延迟单元四三段光纤中的传输时间分别为16μs，32μs和48μs，光波信号在第四光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为64μs，128μs和191μs，故光纤延迟组件能够模拟的延迟时间范围为1μs~254μs，对应的雷达目标距离为150m~38.1km。由于本发明是以光波信号作为载波，将雷达射频信号直接调制到光波信号上，通过光纤延迟后再解调为雷达回波信号，因此不会引入相位噪声，且光学载波的频率很高，能够充分满足宽带雷达信号的目标模拟。
数控衰减器用于接收X波段光纤延迟器输出的加载有多普勒频移和光纤延迟量的射频信号，并对其幅度进行衰减控制，实现对不同目标的雷达截面积模拟，例如单兵、轻型轮式车、重型轮式车、履带式装甲车等。数控衰减器的衰减值由雷达信号产生器中的主控制模块控制产生，数控衰减器最终输出完整的雷达目标回波模拟信号，该信号为射频信号，可直接作为待检验的雷达接收分机的输入信号。
频率综合器用于为雷达信号产生器提供时钟信号，并为上变频组件提供本振信号。当利用雷达目标模拟器输出的雷达目标回波模拟信号进行雷达接收分机和信号处理分机的调试和性能检测时，频率综合器作为相参时钟源，同时为雷达目标模拟器、雷达接收分机和信号处理分机提供时钟信号，保证系统的全相参。
本发明的工作原理是：雷达信号产生器的主控制模块根据需要模拟的雷达目标的速度、距离和雷达截面积信息，产生对应的多普勒频移、光纤延迟量和数控衰减量；同时主控制模块根据雷达的不同工作波形选择产生相应的控制参数，控制波形产生模块输出相应的中频信号，主控制模块将多普勒频移直接加载到波形产生模块，实现对雷达目标的速度模拟。加载有多普勒频移的中频信号输入上变频组件，经过两次上变频和滤波后中频信号被调制为X波段的射频信号。X波段的射频信号输入X波段光纤延迟器的调制器中，并被调制器加载到激光光源输出的光波信号上，形成调制光信号；主控制模块根据生成的光纤延迟量控制四组光纤延迟单元中各个光开关的通断，形成某一确定的光学路径，调制光信号通过该光学路径后实现信号延迟，最后经过光探测器的光电转换成为带有时间延迟的射频信号，实现对雷达目标的距离模拟。数控衰减器接收带有时间延迟的射频信号，并根据主控制模块直接写入的数控衰减量进行相应的数控衰减，模拟目标的雷达截面积，数控衰减器最终输出的射频信号即为完整的雷达目标回波模拟信号，该射频信号可直接用于雷达接收分机的调试和性能检测。雷达接收分机对输入的射频信号进行两次滤波、下变频和放大处理，最终输出的中频信号输入到信号处理分机，可用于信号处理分机的脉冲压缩、恒虚警检测等处理。本发明不仅可以产生现代雷达系统所需的多种中频信号，而且能够模拟质量高、真实度优的全相参、大宽带雷达目标回波射频信号，可同时用于雷达接受分机和信号处理分机的调试和性能检测。
Claims (7)
1.一种全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，包括雷达信号产生器，其特征在于：还包括上变频组件、X波段光纤延迟器、数控衰减器和频率综合器，频率综合器的输出端分别连接雷达信号产生器的输入端和上变频组件的输入端，雷达信号产生器的输出端分别连接上变频组件的输入端、X波段光纤延迟器的输入端和数控衰减器的输入端，上变频组件的输出端连接X波段光纤延迟器的输入端，X波段光纤延迟器的输出端连接数控衰减器的输入端；
雷达信号产生器用于产生多种形式的中频信号，同时加载多普勒频率调制，模拟目标的多普勒频移，实现对雷达目标的速度模拟；上变频组件用于接收雷达信号产生器输出的中频信号，经过上变频和滤波将其调制为X波段的射频信号；X波段光纤延迟器用于接收上变频组件输出的X波段的射频信号，通过光波调制、光信号延迟和光电转换将其转换为带有时间延迟的射频信号，实现对雷达目标的距离模拟；数控衰减器用于接收X波段光纤延迟器输出的射频信号，并对其幅度进行衰减控制，实现对雷达目标的雷达截面积模拟；频率综合器用于为雷达信号产生器提供时钟信号，并为上变频组件提供本振信号。
2.如权利要求1所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，其特征在于：所述的雷达信号产生器包括主控制模块和波形产生模块，主控制模块的输出端连接波形产生模块的输入端。
3.如权利要求1所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，其特征在于：所述的上变频组件包括顺次连接的一次上变频器、一次滤波器、二次上变频器和二次滤波器。
4.如权利要求1所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，其特征在于：所述的X波段光纤延迟器包括激光光源、调制器、光纤延迟组件和光探测器，激光光源依次通过调制器和光纤延迟组件连接光探测器。
5.如权利要求2所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，其特征在于：所述雷达信号产生器的主控制模块采用可编程控制器FPGA，雷达信号产生器的波形产生模块采用直接数字频率合成器DDS。
6.如权利要求4所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，其特征在于：所述的光纤延迟组件包括四组顺次连接的光纤延迟单元，每组光纤延迟单元均包括四个光开关，分别为第一光开关、第二光开关、第三光开关和第四光开关，每组光纤延迟单元还包括三段长度不同的光纤，第二光开关、第三光开关和第四光开关各自串联一段光纤后分别并联在第一光开关两侧。
7.如权利要求6所述的全相参的X波段宽带雷达目标模拟器，其特征在于：所述的光纤延迟组件中四组顺次连接的光纤延迟单元分别为第一光纤延迟单元、第二光纤延迟单元、第三光纤延迟单元和第四光纤延迟单元，光波信号在第一光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为1μs，2μs和3μs，光波信号在第二光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为4μs，8μs和12μs，光波信号在第三光纤延迟单元四三段光纤中的传输时间分别为16μs，32μs和48μs，光波信号在第四光纤延迟单元三段光纤中的传输时间分别为64μs，128μs和191μs。
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