CN106443608B - 一种机载合成孔径雷达仿真测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机载合成孔径雷达仿真测试装置，其包括：飞行系统和地面系统。利用本发明，可以将被测机载合成孔径雷达放置在地面，进行仿真测试，测试结果与机载合成孔径雷达在其最终安装的飞机平台上挂载试飞的测试结果具有接近真实的可比性，本发明的装置，可以在装机试飞前，对机载合成孔径雷达性能进行仿真测试，大幅度降低挂载飞机试飞成本和试验风险。

Description

一种机载合成孔径雷达仿真测试装置

技术领域

本发明总体涉及雷达测试技术领域，具体涉及一种机载合成孔径雷达仿真测试装置。

背景技术

合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，其概念的产生可以追朔到上世纪的50年代初。1951年6月美国Goodyear Aerospace公司的Carl Wiley首先提出可以利用频率分析方法改善雷达的角分辨率的思想。与此同时，美国Illinois大学的控制系统实验室也独立地展开了用非相干雷达数据进行的实验。不仅通过实验证实了“多普勒波束锐化”的概念，而且从理论上证明了合成孔径雷达的原理，并于1953年研制成功了第一部相干X波段雷达系统，首次获得了非聚焦SAR图像。

作为一种主动式微波遥感设备，SAR具有以下一些特性：SAR依靠本身的微波辐射工作，不受气象以及日照条件的影响，可以全天候、全天时成像；SAR采用侧视成像方式，测绘带可以离航迹很远，有利于载体的飞行安全；SAR能获得高分辨率和高成像精度，其理论方位向分辨率与雷达工作波长、载机飞行高度、雷达作用距离无关，因此在太空或大气层内都能有效地工作，这进一步扩大了它的应用范围。

对于SAR的系统测试包括两类方法：

第一种方法，静态测试，采用信号回波模拟和仿真对SAR进行系统测试；

第二种方法，动态测试，将SAR安装在运动平台上，进行动态的系统测试。

SAR利用合成孔径的方式来获得方位向高分辨率，合成孔径的基础是SAR相对于成像目标的横向运动，上述第一种测试方法是静态测试，一般只能对SAR的收发信道和基本的成像功能进行测试，为了对SAR系统的性能进行更全面的测试，需要采用第二种方法，将SAR装载在运动平台上，在SAR相对成像目标运动的条件下，对SAR的收发信道、成像系统、特别是运动补偿系统，进行全面的系统测试。

对机载SAR进行系统测试的运动平台包括车载平台、他机平台和目标平台。车载平台受限于地面条件的限制，无法模拟机载SAR目标平台飞机的飞行特性，一般很难对机载SAR的成像系统和运动补偿系统进行全面测试；他机平台可以部分模拟目标平台的飞行特性，可以对机载SAR的成像系统和运动补偿系统进行部分测试；目标平台是被测机载SAR的最终安装平台，可以对机载SAR的成像系统和运动补偿系统进行全面的系统测试。因此，对机载SAR进行系统测试的最优方法就是：将其安装在目标平台上进行飞行测试。

然而，对于机载SAR的研制或生产，将机载SAR安装在目标平台进行飞行测试，一般是在机载SAR集成测试后，由于测试不充分在集成测试后留下的技术问题，会带到飞行测试阶段，存在极大的技术风险和管理风险。

采用他机平台进行测试，他机平台与目标平台的飞行特性可能存在差距，影响测试的效果。另外，飞行测试的经费、人力、时间等开销，也会对机载SAR的研制或生产产生一定的影响。

因此，本领域存在一种对于能够克服传统机载SAR系统测试的上述缺陷或不足的新测试方法和装置的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机载合成孔径雷达仿真测试装置，能够克服传统机载SAR系统动态测试装置的不足，满足对机载SAR系统动态测试效果、低测试成本等要求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机载合成孔径雷达仿真测试装置，这一测试装置，将机载SAR地面，实现对机载SAR系统的全面测试。

根据本发明，提供了一种机载合成孔径雷达仿真测试装置，包括飞行系统和地面系统；飞行系统包括飞行器、飞行控制设备、导航设备、差分GPS接收处理机、姿态测量设备、空中遥测遥控设备、空中数据链路设备，其中，飞行器配置一个或多个具有特定雷达散射特性的设备；地面系统包括地面遥测遥控设备、地面数据链路设备、差分GPS接收处理机、GPS基准站、数据转换及导航数据产生设备、测试控制设备，并配置数据采集与分析设备、飞行器姿态模拟设备。

其中，所述飞行系统，被配置用于模拟被测机载合成孔径雷达的成像目标，通过飞行系统在测试过程中飞行、被测合成孔径雷达放置在地面，模拟被测合成孔径雷达飞行成像时，被测合成孔径雷达与地面目标之间的相对运动，并将飞行参数通过无线链路下传到地面系统。

其中，所述地面系统，被配置用于控制飞行系统，接收飞行系统的飞行参数并将其转发至被测合成孔径雷达。

其中，所述地面系统、飞行系统、被测合成孔径雷达的连接关系如下：被测合成孔径雷达放置在地面进行测试，通过其有线的遥测遥控接口与地面系统的地面遥测遥控设备连接；通过其有线的数据链路接口与地面系统的地面数据链路设备连接；当需要同时测试被测合成孔径雷达的转台时，将整个被测合成孔径雷达或被测合成孔径雷达的一部分放置、固定在转台上；当需要记录被测合成孔径雷达的数据时，被测合成孔径雷达通过其有线的数据输出接口与地面系统的地面数据记录器连接；地面系统的地面遥测遥控设备与飞行系统的空中遥测遥控设备通过无线链路连接。

根据本发明的机载合成孔径雷达仿真测试装置至少具有如下有益效果：

(1)可以将机载SAR固定放在地面进行动态测试，将飞行器仅作为成像目标，最大可能性地模拟目标飞行器的飞行特性，全面测试机载SAR的运动补偿系统和成像系统。

(2)降低机载SAR系统动态测试的试验成本。

附图说明

通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的机载合成孔径雷达仿真测试装置的组成示意图；

图2是根据本发明的实施例的机载合成孔径雷达仿真测试装置的工作示意图；

图3是根据本发明的实施例的飞行系统的组成示意图；

图4是根据本发明的实施例的地面系统的组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、方法和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明实施例的机载合成孔径雷达仿真测试装置的组成示意图。根据本发明的实施例的机载合成孔径雷达仿真测试装置的组成示意图，机载合成孔径雷达仿真测试装置包括飞行系统和地面系统。

图2是根据本发明的实施例的机载合成孔径雷达仿真测试装置的工作示意图；其中，飞行系统被配置用于模拟机载合成孔径雷达的成像目标，通过飞行系统在测试过程中飞行、被测合成孔径雷达放置在地面，模拟合成孔径雷达飞行成像时，合成孔径雷达与地面目标之间的相对运动，并将飞行参数通过无线链路下传到地面系统。地面系统被配置用于通过向飞行系统发送飞行控制指令来控制飞行系统，接收飞行系统的飞行参数并将其转发至被测合成孔径雷达。

图3是根据本发明的实施例的飞行系统的组成示意图。飞行系统包括飞行器、飞行控制设备、导航设备、差分GPS接收处理机、姿态测量设备、空中遥测遥控设备、空中数据链路设备，其中，飞行器可配置一个或多个具有特定雷达散射特性的设备。

飞行器是飞行系统的主体，装载飞行系统的其它设备，飞行器采用能够在大气飞行的无人飞行装置实现，可以是无人飞机、无人飞艇等。

空中数据链路设备与地面系统的地面数据链设备配合，形成空地数据传输的空地数据链路，用于接收地面系统传输的控制指令和地面GPS基准站数据，和向地面系统传输飞行参数(包括遥测数据、飞行器定位测姿数据(包括位置数据、姿态数据等))。空中数据链路设备可以采用数据电台、网络电台或专用无线数据传输设备实现。

空中遥测遥控设备连接空中数据链路设备，用于对飞行器进行遥测遥控。空中遥测遥控设备接收由空中数据链路设备转发的地面系统的控制指令，将其转发到飞行控制设备、导航设备，控制飞行器飞行；将飞行控制设备的监测数据、导航设备的飞行控制参数等遥测参数和姿态测量设备的姿态数据转发送给空中数据链路设备，并通过空中数据链路设备转发到地面系统。空中遥测遥控设备由控制计算机和数据接口等组成。

飞行系统的差分GPS接收处理机连接空中数据链路设备，其接收GPS卫星信号和空中数据链路设备转发的地面系统通过空地数据链路上传的地面GPS基准站数据，对GPS卫星信号和地面GPS基准站数据处理后得到高精度的位置、速度等数据。差分GPS接收处理机一般由GPS天线、GPS接收机和差分信号处理机组成。

姿态测量设备连接导航设备和空中遥测遥控设备，其测量飞行器的三轴角度、角速度等姿态数据，并将姿态数据传送到导航设备和空中遥测遥控设备。姿态测量设备可以采用IMU(惯性测量单元)实现。

导航设备连接差分GPS接收处理机、姿态测量设备、飞行控制设备和空中遥测遥控设备，其被配置用于产生控制飞行器的飞行控制参数(包括飞行器的航迹和飞行姿态)，导航设备接收空中遥测设备发送的控制指令，解析出航迹和飞行姿态的控制参数，接收差分GPS接收处理机和姿态测量设备输出的位置数据和姿态数据，再结合控制参数、位置数据和姿态数据，产生飞行控制参数输出到飞行控制设备，再由飞行控制设备执行具体的飞行控制。导航设备由导航计算机、数据接口等组成。

飞行控制设备连接导航设备和空中遥测遥控设备，其接收导航设备产生的飞行控制参数，基于飞行控制参数直接控制飞行器的航迹和飞行姿态，包括控制飞行器的速度，控制飞行器的航向、横滚、俯仰等飞行姿态，具体可以通过控制飞行器的发动机转速、方向舵角度等实现，飞行控制设备的监测数据通过空中遥测遥控设备下传到地面设备，飞行控制设备由控制计算机、舵机、油机控制器或电机控制器等组成。

当需要增加飞行器的散射面积时，在飞行器上安装一个具有特定雷达散射特性的设备；当需要将飞行器作为多目标进行测试时，在飞行器上安装多个具有特定雷达散射特性的设备。具有特定雷达散射特性的设备可以采用角反射器实现。

图4是根据本发明的实施例的地面系统的组成示意图。地面系统包括地面遥测遥控设备、地面数据链路设备、差分GPS接收处理机、GPS基准站、数据转换及导航数据产生设备、测试控制设备，还可以包括数据采集与分析设备、飞行器姿态模拟设备。

地面数据链路设备与飞行系统的空中数据链路设备配合，形成空地数据传输的空地数据链路，用于向飞行系统传输控制指令和地面GPS基准站数据，接收飞行系统传送的飞行参数(遥测数据、飞行器定位测姿数据(位置数据、姿态数据等))。地面数据链路设备可以采用数据电台、网络电台或专用无线数据传输设备实现。

地面遥测遥控设备连接地面数据链路设备和测试控制设备，用于在地面对飞行器进行遥测遥控。地面遥测遥控设备通过地面数据链路设备和空中数据链路设备转发，向空中遥测遥控设备发送控制指令，接收由地面数据链路设备转发的飞行系统下传的飞行参数，并将飞行参数转发到测试控制设备。地面遥测遥控设备由控制计算机、控制操作设备和数据接口等组成。

地面系统的差分GPS接收处理机接收GPS卫星信号和地面GPS基准站数据，对GPS卫星信号和地面GPS基准站数据处理后得到高精度的位置、速度等信息。差分GPS接收处理机一般由GPS天线、GPS接收机和差分信号处理机组成。

GPS基准站用于通过地面数据接口将地面GPS基准站数据(载波观测测量和站坐标信息)传送给地面系统的差分GPS接收处理机和地面数据链路设备，地面数据链路设备再通过空地数据链路，将地面GPS基准站数据最终传送到飞行系统的空中数据链路设备，并最终传送给飞行系统的差分GPS接收处理机。

数据转换及导航数据产生设备连接地面数据链路设备、数据采集与分析设备、测试控制设备、差分GPS接收处理机以及被测合成孔径雷达，用于将通过空地数据链路下传的飞行器飞行参数结合差分GPS接收处理机的输出数据，仿真产生被测机载合成孔径雷达工作所需的导航数据。数据转换及导航数据产生设备对下传的飞行参数、差分GPS接收处理机的输出数据进行数据处理，提取被测机载合成孔径雷达工作所需导航数据，形成仿真导航数据，仿真导航数据输出到数据采集与分析设备、测试控制设备以及被测机载合成孔径雷达的导航数据接口。数据转换及导航数据产生设备可采用具有计算机或嵌入式计算机、以及专用接口电路实现。

测试控制设备连接地面遥测遥控设备、数据采集与分析设备和飞行器姿态模拟设备等，通过控制上述设备来控制机载合成孔径雷达的测试过程，主要包括雷达与飞行系统、地面系统同步工作控制，以及测试数据综合、显示等。测试控制设备由控制计算机、时统电路、测试控制台、接口电路等组成。

数据采集与分析设备，连接测试控制设备、被测合成孔径雷达等，被配置用于采集被测机载合成孔径雷达的原始数据或图像数据等数据，或/和被测机载合成孔径雷达的其它输出数据，接收数据转换及导航数据产生设备的仿真导航数据，并分析和处理采集数据。根据被测机载合成孔径雷达输出数据种类和接口，配置数据采集与分析设备的数据输入接口，通常机载合成孔径雷达具有图像数据输出接口，数据采集与分析设备，接收机载合成孔径雷达在测试过程中实时输出的图像数据，并进行实时记录。可以同时对图像数据进行实时处理和分析，如，进行成像质量分析；也可以在完成数据记录后，再对记录的数据进行处理和分析。被测机载合成孔径雷达也可能输出原始数据，在机载合成孔径雷达的测试过程中，采用数据采集与分析设备实时记录原始数据，完成数据记录后，再对记录的数据进行处理和分析。

数据采集与分析设备可以采用具有与被测机载合成孔径雷达输出数据接口匹配的专用信号处理机实现，或采用具有与被测机载合成孔径雷达输出数据接口匹配的通用计算机实现。

飞行器姿态模拟设备用于模拟被测合成孔径雷达成像过程中飞行器的实际飞行参数，飞行器在飞行过程中，除位置、速度、加速度等参数在变化外，飞行器的飞行姿态也在变化，利用飞行器姿态模拟设备，模拟飞行器在飞行过程中，角度、加速度、角加速度等姿态的变化。飞行器姿态模拟设备可以采用转台实现。

被测合成孔径雷达放置在地面进行测试，通过其有线的遥测遥控接口与地面系统的地面遥测遥控设备连接；通过其有线的数据链路接口与地面系统的地面数据链路设备连接。当需要同时测试被测合成孔径雷达的转台时，将整个被测合成孔径雷达或被测合成孔径雷达的一部分放置、固定在转台上。

应当注意，为了使本发明的实施方式更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实施方式的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。例如，上面的描述省略了对现有的机载合成孔径雷达的一般性描述。

提供本发明的说明书是为了说明和描述，而不是用来穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言，许多修改和变更都是可以的。

以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，包括飞行系统和地面系统；

飞行系统包括飞行器、飞行控制设备、导航设备、差分GPS接收处理机、姿态测量设备、空中遥测遥控设备、空中数据链路设备，其中，飞行器配置一个或多个具有特定雷达散射特性的设备；

地面系统包括地面遥测遥控设备、地面数据链路设备、差分GPS接收处理机、GPS基准站、数据转换及导航数据产生设备、测试控制设备，并配置数据采集与分析设备、飞行器姿态模拟设备；飞行器姿态模拟设备用于模拟被测合成孔径雷达成像过程中飞行器的实际飞行参数；

测试控制设备由控制计算机、时统电路、测试控制台、接口电路组成；

被测合成孔径雷达放置在地面进行测试，通过其有线的遥测遥控接口与地面系统的地面遥测遥控设备连接；通过其有线的数据链路接口与地面系统的地面数据链路设备连接；当需要同时测试被测合成孔径雷达的转台时，将整个被测合成孔径雷达或被测合成孔径雷达的一部分放置、固定在转台上。

2.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，其中，所述飞行系统，被配置用于模拟被测机载合成孔径雷达的成像目标，通过飞行系统在测试过程中飞行、被测合成孔径雷达放置在地面，模拟被测合成孔径雷达飞行成像时，被测合成孔径雷达与地面目标之间的相对运动，并将飞行参数通过无线链路下传到地面系统。

3.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，其中，所述地面系统，被配置用于控制飞行系统，接收飞行系统的飞行参数并将其转发至被测合成孔径雷达。

4.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，其中，所述地面系统、飞行系统、被测合成孔径雷达的连接关系如下：当需要记录被测合成孔径雷达的数据时，被测合成孔径雷达通过其有线的数据输出接口与地面系统的数据采集与分析设备连接；地面系统的地面遥测遥控设备与飞行系统的空中遥测遥控设备通过无线链路连接。

5.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，所述飞行器为无人飞机或无人飞艇。

6.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，所述空中数据链路设备为数据电台、网络电台或专用无线数据传输设备。

7.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，所述姿态测量设备为惯性测量单元。

8.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，所述飞行器姿态模拟设备为转台。

9.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，所述飞行控制设备包括控制计算机、舵机、以及油机控制器或电机控制器。

10.根据权利要求1所述的机载合成孔径雷达仿真测试装置，其特征在于，所述地面数据链路设备为数据电台、网络电台或专用无线数据传输设备。

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