CN106483512B - 一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统 - Google Patents

一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106483512B
CN106483512B CN201611122753.5A CN201611122753A CN106483512B CN 106483512 B CN106483512 B CN 106483512B CN 201611122753 A CN201611122753 A CN 201611122753A CN 106483512 B CN106483512 B CN 106483512B
Authority
CN
China
Prior art keywords
distributed object
echo
signal
radar
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611122753.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106483512A (zh
Inventor
马晓峰
李荣环
盛卫星
韩玉兵
张仁李
吕雅柔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201611122753.5A priority Critical patent/CN106483512B/zh
Publication of CN106483512A publication Critical patent/CN106483512A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106483512B publication Critical patent/CN106483512B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提出了一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统。方法步骤如下：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率和距离引起的时间延时；根据目标的散射点空间分布计算径向方向一维距离像；计算分布式目标等效角度以及导向性矢量；确定目标基带回波信号；卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到各通道的目标基带回波信号，然后将其上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。中频系统为采用VPX架构的高性能处理电路和多块DAC阵列电路构成的可扩展系统。本发明能够直接应用于数字阵列雷达的中频回波模拟，增加发射机阵列和天线阵列后可以应用于半实物仿真系统的射频回波模拟。

Description

一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统
技术领域
本发明涉及雷达目标回波模拟技术领域，特别是一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统。
背景技术
高精度复杂测试条件和环境的构建是多功能、高性能雷达系统研制过程中的至关重要的一个环节和必备条件。各种类型的回波模拟器，如基带回波模拟器、中频回波模拟器和射频回波模拟器等已经成为了雷达系统研制过程中各个阶段不可缺少的部分。
现有的模拟器一般为单通道模拟器，无法模拟目标空间角度特性，而多通道模拟器可以灵活地实现空间多目标动态角度变化情况的模拟。另外，现有模拟器一般为采用单散射点目标模型的简化模拟器，无法模拟复杂多散射点目标的一维距离像动态变化，角度闪烁等真实目标回波特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统，从而实现针对任意发射波形的复杂目标回波空间、时间和频率时变特性动态模拟，该中频系统系统结构紧凑，可扩展性强，通过增加射频发射通道和天线，可以构建任意复杂目标的半实物模拟射频环境。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法，模拟过程包括以下几个步骤：
S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；
S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像；
S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量
S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；
S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；
S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。
进一步地，步骤S02所述根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像，具体为：基于分布式目标多散射点模型计算一维距离像，散射点Pn包含的信息有空间三维坐标(xn,yn,zn)与散射点等效雷达截面积σn；分布式目标一维距离像的横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率；各散射点回波的功率根据雷达方程计算得出。
进一步地，步骤S03所述计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量具体为：
基于分布式目标多散射点模型计算分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度在方位与俯仰向的偏差；
由公式计算得出分布式目标几何中心位置与合成回波等效位置在俯仰方向上的距离偏差gy；
其中，ak和分别为第k个散射点回波幅度和相位，k＝1,…,N，yl代表散射点在视线坐标系的OY轴上的坐标；视线坐标系原点位于分布式目标几何中心，OX轴沿雷达与目标连接方向，OZ与OY分别对应方位和俯仰方向；由公式Δθ＝gy/R计算得出俯仰方向上分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度的偏差，其中R为分布式目标几何中心到雷达的距离；由公式θ0＝θT+Δθ得到散射点合成回波等效俯仰角θ0，其中θT为分布式目标几何中心方向与雷达法线方向的在俯仰方向的夹角；同理可得散射点合成回波等效方位角其中
一种通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，采用VPX架构的高性能处理电路和多块高速DAC阵列电路构成可扩展系统，其中：
高性能处理电路包括多核DSP和FPGA，负责采样雷达发射基带信号，并根据上位机设定的目标相对于雷达的相关参数，产生单通道的目标基带回波信号；
高速DAC阵列电路包括FPGA和DAC，负责将目标基带回波信号卷入导向性矢量，进行数字正交上变频处理，产生多通道分布式目标中频回波信号。
进一步地，所述高性能处理电路中的DSP功能由8个处理内核并行完成：
(1a)内核0：为总控内核，通过千兆网口与上位机进行数据交互，将上位机设定的参数发送给其他内核，同步协调其他内核的处理时序，获得处理结果；
(1b)内核2：计算时延τ对应的时钟周期个数和多普勒fd对应的DDS频率控制字，发送给本板FPGA；计算分布式目标一维距离像，发送给内核1；计算分布式目标等效角度发送给内核3～7；
(1c)内核3～7：根据分布式目标等效角度计算所有通道对应的导向性矢量并发送给内核1；
(1d)内核1：使用串行RapidIO，将从其他核接收到的数据发送给本板FPGA。
进一步地，所述高性能处理电路中的FPGA电路结构，包括：
(2a)ADC接口模块：接收ADC采样的雷达发射基带信号；
(2b)SRIO接收模块：使用SRIO串行协议接收本板DSP计算好的分布式目标回波参数；
(2c)卷积模块：将采样得到的雷达发射基带信号与分布式目标一维距离像进行卷积处理；
(2d)距离延时模块：对卷积模块输出的信号进行延时；
(2e)多普勒调制模块：使用fd对应的DDS控制字，产生对应频率的正弦信号；距离延时模块输出的信号卷上此正弦信号，得到单通道基带雷达目标回波信号；
(2f)SRIO发送模块：使用SRIO串行协议，将多普勒调制模块输出的基带雷达目标回波信号与本板DSP计算好的全部通道的导向性矢量，发送给所有高速DAC阵列电路。
进一步地，所述高速DAC阵列电路的FPGA电路结构，包括：
(3a)SRIO接收模块：采用SRIO串行协议接收高性能处理电路的FPGA发送过来的，基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量；
(3b)导向性矢量复乘模块：将基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量进行复乘，得到当前板卡中各通道的基带雷达目标回波信号；
(3c)DAC接口模块：将各通道的基带雷达目标回波信号发送给相应的DAC。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用的多通道技术可以灵活地实现空间多目标动态角度变化情况的模拟；采用分布式目标模拟技术，可以动态的模拟复杂多散射点目标的一维距离像变化，角度闪烁等真实目标回波特性，更加真实地给出复杂目标回波空间、时间和频率的时变特性；采用发射基带信号采样调制技术，可以应用于任意体制和任意发射波形回波的模拟；(2)基于VPX总线架构的多通道分布式目标回波模拟中频系统，具有系统内部互联数据带宽宽、可扩展性强和可靠性高的特点；(3)中频模拟系统可以根据实际的目标回波复杂程度和带宽的需要，扩展标准的通用高性能处理电路规模；可以根据空间目标角度模拟精确程度确定通道数量，通过增加标准的高速DAC阵列电路数量方便地实现通道数量的扩展；(4)该中频系统，通过增加射频发射通道和天线后，可以构建任意复杂目标的半实物模拟射频环境，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明中数字阵列雷达分布式目标回波模拟方法的流程图。
图2是本发明中数字阵列雷达分布式目标回波模拟系统的总体框图。
图3是本发明中模拟系统各模块间的数据传递关系示意图。
图4是本发明中高性能处理电路的DSP的核间通信结构示意图。
图5是本发明中高性能处理电路的FPGA电路结构框图。
图6是本发明中高速DAC阵列电路的FPGA电路结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
本发明通用的多通道分布式目标回波模拟方法，包括以下几个步骤：
S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；
S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像；
根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像，散射点Pn包含的信息有空间三维坐标(xn,yn,zn)与散射点等效雷达截面积(RCS)σn；分布式目标一维距离像的横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率；各散射点回波的功率根据雷达方程计算得出；
S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量具体为：
基于分布式目标多散射点模型计算分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度在方位与俯仰向的偏差；
由公式计算得出分布式目标几何中心位置与合成回波等效位置在俯仰方向上的距离偏差gy；
其中，ak和分别为第k(k＝1,…,N)个散射点回波幅度和相位，yl代表散射点在视线坐标系的OY轴上的坐标；视线坐标系原点位于分布式目标几何中心，OX轴沿雷达与目标连接方向，OZ与OY分别对应方位和俯仰方向；再由公式Δθ＝gy/R计算得出俯仰方向上分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度的偏差，其中R为分布式目标几何中心到雷达的距离；最后由公式θ0＝θT+Δθ得到散射点合成回波等效俯仰角θ0，其中θT为分布式目标几何中心方向与雷达法线方向的在俯仰方向的夹角；同理可得散射点合成回波等效方位角其中
S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；
S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；
S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号；
一种通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，即采用VPX架构的高性能处理电路和多块高速模数转换器(Digital to Analog Converter,DAC)阵列电路构成的高效紧凑的可扩展系统；高性能处理电路主要由多核数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)和现场可编程门电路(Field Programmable Gate Array,FPGA)组成，负责采样雷达发射基带信号，并根据上位机的设定计算得到的目标相对于雷达的相关参数，产生单通道的目标基带回波信号；高速DAC阵列电路主要由FPGA和DAC组成，负责将目标基带回波信号卷入导向性矢量，进行数字正交上变频处理，产生多通道分布式目标中频回波信号。
所述高性能处理电路中的DSP功能由8个处理内核并行完成：
(1a)内核0：为总控内核，通过千兆网口与上位机进行数据交互，将上位机设定的参数发送给其他内核，同步协调其他内核的处理时序，获得处理结果；
(1b)内核2：计算时延τ对应的时钟周期个数和多普勒fd对应的直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)频率控制字，发送给本板FPGA；计算分布式目标一维距离像，发送给内核1；计算分布式目标等效角度(θ0，υ0)，发送给内核3～7；
(1c)内核3～7：根据分布式目标等效角度(θ0，υ0)计算所有通道对应的导向性矢量a(θ0，υ0)，并发送给内核1；
(1d)内核1：使用串行RapidIO(Serial RapidIO,SRIO)，将从其他核接收到的数据发送给本板FPGA；
所述高性能处理电路中的FPGA电路结构包括：
(2a)ADC接口模块：通过FMC(FPGA Mezzanine Card)标准接口接收外接的接收模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)采样的雷达发射基带信号；
(2b)SRIO接收模块：使用SRIO串行协议接收本板DSP计算好的分布式目标回波参数；
(2c)卷积模块：将采样得到的雷达发射基带信号与分布式目标一维距离像进行卷积处理；
(2d)距离延时模块：对卷积模块输出的信号进行延时；
(2e)多普勒调制模块：使用fd对应的DDS控制字，产生对应频率的正弦信号；距离延时模块输出的信号卷上此正弦信号，得到单通道基带雷达目标回波信号；
(2f)SRIO发送模块：使用SRIO串行协议将多普勒调制模块输出的基带雷达目标回波信号与本板DSP计算好的全部通道的导向性矢量发送给所有高速DAC阵列电路。
所述高速DAC阵列电路的FPGA电路结构包括：
(3a)SRIO接收模块：采用SRIO串行协议接收高性能处理电路的FPGA发送的基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量；
(3b)导向性矢量复乘模块：将基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量进行复乘，得到当前板卡中各通道的基带雷达目标回波信号；
(3c)DAC接口模块：将各通道的基带雷达目标回波信号发送给相应的DAC。
本发明采用的多通道技术可以灵活地实现空间多目标动态角度变化情况的模拟；采用分布式目标模拟技术，可以动态的模拟复杂多散射点目标的一维距离像变化，角度闪烁等真实目标回波特性，更加真实地给出复杂目标回波空间、时间和频率的时变特性；采用发射基带信号采样调制技术，可以应用于任意体制和任意发射波形回波的模拟。
本发明给出的基于VPX总线架构的多通道分布式目标回波模拟中频系统，具有系统内部互联数据带宽宽、可扩展性强和可靠性高的特点。该中频模拟系统可以根据实际的目标回波复杂程度和带宽的需要，扩展标准的通用高性能处理电路规模；可以根据空间目标角度模拟精确程度确定通道数量，通过增加标准的高速DAC阵列电路数量方便地实现通道数量的扩展。另外，该中频系统，通过增加射频发射通道和天线后，可以构建任意复杂目标的半实物模拟射频环境，应用前景广阔。
实施例1
本实施例提供了一种直接应用于96阵元数字阵列雷达系统中频回波模拟的96通道分布式目标回波模拟中频系统，采用VPX 6U结构的高性能处理电路和多块高速DAC阵列电路组成的高效紧凑系统架构的基础上，产生基于多散射点模型的多通道数字阵列雷达分布式目标中频回波。
图1给出了模拟方法的流程图，包括以下步骤：
S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；
S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像，散射点Pn包含的信息有空间三维坐标(xn,yn,zn)与散射点等效雷达截面积(RCS)σn；分布式目标一维距离像的横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率；各散射点回波的功率根据雷达方程计算得出；
S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量具体方法为，先由公式计算得出分布式目标几何中心位置与合成回波等效位置在俯仰方向上的距离偏差gy，其中，ak和υk分别为第k(k＝1,…,N)个散射点回波幅度和相位，yl代表散射点在视线坐标系的OY轴上的坐标；视线坐标系原点位于分布式目标几何中心，OX轴沿雷达与目标连接方向，OZ与OY分别对应方位和俯仰方向；再由公式Δθ＝gy/R计算得出俯仰方向上分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度的偏差，其中R为分布式目标几何中心到雷达的距离；最后由公式θ0＝θT+Δθ得到散射点合成回波等效俯仰角θ0，其中θT为分布式目标几何中心方向与雷达法线方向的在俯仰方向的夹角；同理可得散射点合成回波等效方位角其中
S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；
S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；
S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号；
下面结合96通道中频模拟系统的要求，对模拟方法及中频系统的具体实现进行说明。
模拟系统的总体结构如图2所示，主要由一块高性能处理电路和三块高速DAC阵列电路组成。高性能处理电路的主要器件为一片DSP和一片FPGA，通过千兆网口与上位机软件进行数据交互，通过ADC电路采样待测系统的雷达发射基带信号，通过SRIO交换机和VPX机箱背板与三块高速DAC阵列电路进行数据交互。高速DAC阵列电路的主要器件为FPGA和DAC阵列，输出多通道数字中频雷达分布式目标回波模拟信号。
模拟系统各模块间的数据传递关系如图3所示。上位机软件根据界面设置，计算设定的目标速度、目标散射点信息、雷达与目标姿态、雷达与目标坐标等参数，发送给高性能处理电路的DSP。高性能处理电路的DSP依此计算目标多普勒频率对应的DDS频率控制字、目标距离对应的延时量、目标一维距离像、96通道导向性矢量等参数，并发送给本板FPGA。高性能处理电路的FPGA接收ADC采样后输出的雷达基带发射数字信号，并根据DSP计算得到的相关参数，通过卷积处理产生单通道基带雷达分布式目标回波基带信号，之后将此基带信号与96通道导向性矢量通过VPX总线根据SRIO协议分别发送给3块高速DAC阵列电路。高速DAC阵列电路的FPGA分别接收雷达分布式目标回波基带信号和与其对应的32通道导向性矢量，并由此产生32通道基带雷达分布式目标回波基带信号，发送给各自的DAC。一块高速DAC阵列电路中的32路DAC在内部对基带信号做上变频处理，产生32通道雷达分布式目标回波中频模拟信号。3块高速DAC阵列电路共产生96通道的目标回波中频模拟信号。
高性能处理电路中DSP的软件实现采用了多核并行处理方式，DSP的核间通信结构如图4所示，下面详细介绍每个处理内核完成的工作。
(1)内核0：
通过千兆网UDP协议，接收上位机软件参数设定帧，并对齐进行校验与解帧。通过MessageQ核间通信方式，将目标速度、雷达方程相关参数、目标散射点参数、雷达姿态与目标姿态、雷达坐标与目标坐标、坐标系转换关系发送给Core2。通过Notify核间通信方式，将控制参数发送给CORE1。
(2)内核2：
根据公式PINC＝fd/fFPGA×232＝2v/λ×232/fFPGA计算高性能处理电路FPGA中DDS的频率控制字PINC，其中fd为多普勒频率，λ为雷达发射信号波长，v为雷达与目标的相对速度(在上位机中设定)，fFPGA为高性能处理板卡的工作时钟频率。
由地理坐标系下的雷达坐标(XR,YR,ZR)与目标坐标(XT,YT,ZT)根据公式计算雷达与目标相对距离R。地理坐标系的原点设为雷达所在位置，OX轴指向正北方向，OY轴竖直朝上指向天空，OZ轴指向正东方向。根据公式n＝2R/C×fFPGA计算距离对应的高性能处理电路FPGA中需要的延时周期个数DELAY，其中R为目标与雷达的相对距离，C为光速，fFPGA为高性能处理板卡的工作时钟频率。
根据雷达方程计算分布式目标第n个(n＝1,…,N)散射点的回波功率Prn，公式如下。其中，R为之前求得的目标与雷达距离，总增益G、第n个散射点的等效雷达截面积σn、雷达发射功率Pt等参数是上位机直接设定的。
根据分布式目标姿态、散射点位置与设定的雷达方程参数计算得出一维距离像，此一维距离像横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率。
根据模拟方法的步骤S03，计算分布式目标等效角度
最后将计算好的本板FPGA中DDS的频率控制字PINC、距离对应的延时周期个数DELAY、分布式目标一维距离像发送给内核1，将计算好的分布式目标合成回波等效角度发送给内核3～7。
(3)内核3～7：
根据公式计算第n个(n＝1,…,96)通道，即阵列雷达中第n个阵元相对阵面中心位置的相位差其中θ和分别为目标的俯仰角与方位角，x和y分别为阵面上阵元位置的坐标，λ为雷达发射信号的波长。内核3～6分别计算20个阵元的内核7计算16个阵元的计算完成后，这些核将计算好的导向性矢量发送给内核1。
(4)内核1：
使用串行RapidIO(Serial RapidIO,SRIO)，将从其他核接收到的数据发送给本板FPGA。
高性能处理电路中的FPGA电路结构如图5所示，包括ADC接口模块、SRIO接口模块、分布式目标卷积模块、距离延时模块、多普勒调制模块、SRIO发送模块，每个模块负责的具体工作如下：
ADC接口模块：通过FMC标准接口接收外接的ADC采样的雷达发射基带信号；
SRIO接口模块：使用SRIO串行协议接收本板DSP计算好的分布式目标回波参数；
分布式目标卷积模块：将采样得到的雷达发射基带信号与分布式目标一维距离像进行卷积处理；
距离延时模块：使用FPGA内部的块随机存储器(BLOCK RAM)对分布式目标卷积模块输出的信号进行存储，经过延时DELAY后进行读取，从而模拟雷达模拟目标的距离信息；
多普勒调制模块：使用DDS，根据计算好的多普勒频率对应的频率控制字PINC，产生频率等于分布式目标几个中心速度对应的多普勒频率的正交正弦信号，将其与距离延时模块输出的正交信号进行复乘，得到单通道的分布式目标雷达基带回波模拟信号；
SRIO发送模块：将多普勒调制模块输出的单通道分布式目标雷达基带回波模拟信号与所有通道的导向性矢量通过SRIO协议，由VPX总线发送给高速DAC阵列电路；
高性能处理电路中的单个FPGA的电路结构如图6所示，包括SRIO接收模块、导向性矢量复乘模块、DAC接口模块，每个模块负责的具体工作如下：
SRIO接收模块：采用SRIO串行协议接收高性能处理电路的FPGA发送的基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量；
导向性矢量复乘模块：将基带雷达目标回波信号与此FPGA对应的16个通道信号的导向性矢量进行复乘，得到16个通道的基带雷达目标回波信号；
DAC接口模块：将16通道分布式目标雷达基带回波模拟信号发送给8片DAC，使其在DAC内部进行上变频，得到16通道分布式目标雷达中频回波模拟信号。
上述中频系统可以模拟任意发射波形，任意空间角度、速度和距离的复杂分布式目标的动态中频回波信号模拟。
在上面介绍的数字阵列雷达分布式目标回波模拟中频系统的基础上，可以通过添加相应频段的射频发射组件(包括上变频、滤波和功率放大)与阵列天线，构建半实物射频模拟仿真环境。该半实物射频模拟仿真系统，可以在微波暗室中，模拟任意发射波形，任意空间角度、速度和距离的复杂分布式目标的射频动态回波，为雷达系统提供从天线、射频电路到数字处理部分的系统级调试需要的分布式目标模拟测试环境。

Claims (6)

1.一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，应用于如下中频系统，采用VPX架构的高性能处理电路和多块高速DAC阵列电路构成可扩展系统，其中：
高性能处理电路包括多核DSP和FPGA，负责采样雷达发射基带信号，并根据上位机设定的目标相对于雷达的相关参数，产生单通道的目标基带回波信号；
高速DAC阵列电路包括FPGA和DAC，负责将目标基带回波信号卷入导向性矢量，进行数字正交上变频处理，产生多通道分布式目标中频回波信号；
所述高性能处理电路中的DSP功能由8个处理内核并行完成：
(1a)内核0：为总控内核，通过千兆网口与上位机进行数据交互，将上位机设定的参数发送给其他内核，同步协调其他内核的处理时序，获得处理结果；
(1b)内核2：计算时延τ对应的时钟周期个数和多普勒fd对应的DDS频率控制字，发送给本板FPGA；计算分布式目标一维距离像，发送给内核1；计算分布式目标等效角度发送给内核3～7；
(1c)内核3～7：根据分布式目标等效角度计算所有通道对应的导向性矢量并发送给内核1；
(1d)内核1：使用串行RapidIO，将从其他核接收到的数据发送给本板FPGA；
模拟过程包括以下几个步骤：
S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；
S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像；
S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量
S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；
S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；
S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。
2.根据权利要求1所述的通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，步骤S02所述根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像，具体为：基于分布式目标多散射点模型计算一维距离像，散射点Pn包含的信息有空间三维坐标(xn,yn,zn)与散射点等效雷达截面积σn；分布式目标一维距离像的横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率；各散射点回波的功率根据雷达方程计算得出。
3.根据权利要求1所述的通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，步骤S03所述计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量具体为：
基于分布式目标多散射点模型计算分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度在方位与俯仰向的偏差；
由公式计算得出分布式目标几何中心位置与合成回波等效位置在俯仰方向上的距离偏差gy；
其中，ak和φk分别为第k个散射点回波幅度和相位，k＝1,…,N，yl代表散射点在视线坐标系的OY轴上的坐标；视线坐标系原点位于分布式目标几何中心，OX轴沿雷达与目标连接方向，OZ与OY分别对应方位和俯仰方向；由公式Δθ＝gy/R计算得出俯仰方向上分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度的偏差，其中R为分布式目标几何中心到雷达的距离；由公式θ0＝θT+Δθ得到散射点合成回波等效俯仰角θ0，其中θT为分布式目标几何中心方向与雷达法线方向的在俯仰方向的夹角；同理可得散射点合成回波等效方位角其中
4.一种通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，其特征在于，采用VPX架构的高性能处理电路和多块高速DAC阵列电路构成可扩展系统，其中：
高性能处理电路包括多核DSP和FPGA，负责采样雷达发射基带信号，并根据上位机设定的目标相对于雷达的相关参数，产生单通道的目标基带回波信号；
高速DAC阵列电路包括FPGA和DAC，负责将目标基带回波信号卷入导向性矢量，进行数字正交上变频处理，产生多通道分布式目标中频回波信号；所述高性能处理电路中的DSP功能由8个处理内核并行完成：
(1a)内核0：为总控内核，通过千兆网口与上位机进行数据交互，将上位机设定的参数发送给其他内核，同步协调其他内核的处理时序，获得处理结果；
(1b)内核2：计算时延τ对应的时钟周期个数和多普勒fd对应的DDS频率控制字，发送给本板FPGA；计算分布式目标一维距离像，发送给内核1；计算分布式目标等效角度发送给内核3～7；
(1c)内核3～7：根据分布式目标等效角度计算所有通道对应的导向性矢量并发送给内核1；
(1d)内核1：使用串行RapidIO，将从其他核接收到的数据发送给本板FPGA。
5.根据权利要求4所述的通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，其特征在于，所述高性能处理电路中的FPGA电路结构，包括：
(2a)ADC接口模块：接收ADC采样的雷达发射基带信号；
(2b)SRIO接收模块：使用SRIO串行协议接收本板DSP计算好的分布式目标回波参数；
(2c)卷积模块：将采样得到的雷达发射基带信号与分布式目标一维距离像进行卷积处理；
(2d)距离延时模块：对卷积模块输出的信号进行延时；
(2e)多普勒调制模块：使用fd对应的DDS控制字，产生对应频率的正弦信号；距离延时模块输出的信号卷上此正弦信号，得到单通道基带雷达目标回波信号；
(2f)SRIO发送模块：使用SRIO串行协议，将多普勒调制模块输出的基带雷达目标回波信号与本板DSP计算好的全部通道的导向性矢量，发送给所有高速DAC阵列电路。
6.根据权利要求4所述的通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，其特征在于，所述高速DAC阵列电路的FPGA电路结构，包括：
(3a)SRIO接收模块：采用SRIO串行协议接收高性能处理电路的FPGA发送过来的，基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量；
(3b)导向性矢量复乘模块：将基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量进行复乘，得到当前板卡中各通道的基带雷达目标回波信号；
(3c)DAC接口模块：将各通道的基带雷达目标回波信号发送给相应的DAC。
CN201611122753.5A 2016-12-08 2016-12-08 一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统 Active CN106483512B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611122753.5A CN106483512B (zh) 2016-12-08 2016-12-08 一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611122753.5A CN106483512B (zh) 2016-12-08 2016-12-08 一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106483512A CN106483512A (zh) 2017-03-08
CN106483512B true CN106483512B (zh) 2019-01-18

Family

ID=58275958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611122753.5A Active CN106483512B (zh) 2016-12-08 2016-12-08 一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106483512B (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107390167A (zh) * 2017-07-21 2017-11-24 成都玖锦科技有限公司 一种多通道接收机信号模拟方法
CN107356900A (zh) * 2017-07-21 2017-11-17 成都玖锦科技有限公司 一种直线阵列下多通道接收机信号模拟方法
CN107367717B (zh) * 2017-09-22 2020-05-22 上海航天测控通信研究所 一种雷达多目标中频仿真装置
CN107728127B (zh) * 2017-11-29 2020-11-06 湖南纳雷科技有限公司 一种雷达模拟测试系统
CN108572355B (zh) * 2018-04-04 2022-03-22 南京理工大学 一种激光回波模拟装置
CN108508426B (zh) * 2018-07-03 2021-11-30 上海志良电子科技有限公司 基于多核dsp的sar回波信号生成方法及回波模拟器
CN110208768A (zh) * 2019-06-27 2019-09-06 哈尔滨工业大学 超并行自主产生式的相控阵雷达实时多目标回波模拟方法
CN111045003A (zh) * 2019-12-19 2020-04-21 航天恒星科技有限公司 基于vpx架构的主被动雷达复合导引头处理机系统
CN111190152B (zh) * 2020-02-12 2023-04-07 南京理工大学 一种球面多通道空间分布模拟角度的设计方法
CN113365338B (zh) * 2020-03-05 2023-04-07 哈尔滨工业大学 一种基于已知位置校正源的双站相参的方法
CN111474523B (zh) * 2020-04-07 2023-06-30 南京理工大学 一种多通道可扩展通用欺骗式干扰模拟方法与系统
CN111551905A (zh) * 2020-04-20 2020-08-18 北京无线电计量测试研究所 一种散射点延时参数校准方法和系统
CN111521985B (zh) * 2020-06-02 2023-11-24 南京理工大学 基于fpga的雷达回波基带信号产生系统及方法
CN111781569A (zh) * 2020-06-23 2020-10-16 芜湖易来达雷达科技有限公司 一种民用连续波雷达目标模拟方法
CN112098991B (zh) * 2020-09-02 2023-12-05 森思泰克河北科技有限公司 多目标三维回波模拟方法、装置、终端及存储介质
CN113109773A (zh) * 2021-04-13 2021-07-13 武汉卓目科技有限公司 一种基于vpx的分布式雷达回波信号模拟系统及方法
CN114325615B (zh) * 2021-12-30 2022-10-04 扬州宇安电子科技有限公司 一种便携式通用机载气象雷达目标模拟器及模拟方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915907A (zh) * 2010-07-07 2010-12-15 重庆大学 脉冲雷达回波信号发生器及信号产生方法
CN102288947A (zh) * 2011-05-12 2011-12-21 西安电子科技大学 基于多pc架构的外辐射源雷达准实时处理系统及处理方法
CN102928824A (zh) * 2012-10-19 2013-02-13 清华大学 射频阵列多通道实现近距大目标角闪烁模拟方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915907A (zh) * 2010-07-07 2010-12-15 重庆大学 脉冲雷达回波信号发生器及信号产生方法
CN102288947A (zh) * 2011-05-12 2011-12-21 西安电子科技大学 基于多pc架构的外辐射源雷达准实时处理系统及处理方法
CN102928824A (zh) * 2012-10-19 2013-02-13 清华大学 射频阵列多通道实现近距大目标角闪烁模拟方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FPGA的阵列雷达回波模拟器的实现;王卫东;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20160315;第25页 *
多散射点雷达目标模型的射频仿真模拟;韩晓东 等;《计算机工程与应用》;20111231;第249-254页 *
用于成像雷达模拟信号源的DSP接口板设计与实现;刘伟达;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20090315;第1页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106483512A (zh) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106483512B (zh) 一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统
CN106501782B (zh) 一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法
CN103532644B (zh) 多径阴影复合衰落信道模拟装置及其工作方法
CN106646399B (zh) 一种引信体目标回波模拟半实物仿真装置
CN109782241B (zh) 一种气象雷达回波模拟方法及系统
US7145504B1 (en) Arbitrary radar target synthesizer (arts)
US3982244A (en) Radar antenna, monopulse comparator network and mixer simulator
CN108494512B (zh) 一种毫米波大规模mimo信道模拟系统及方法
CN103558590A (zh) 一种雷达信号模拟源系统及其信号模拟方法
CN111474523A (zh) 一种多通道可扩展通用欺骗式干扰模拟方法与系统
CN108919210A (zh) 一种一维相扫三坐标雷达中频目标模拟器
CN109039508B (zh) 无线多径衰落信道仿真系统及方法
CN104917556B (zh) 一种基于超高速dac的同步多波束信号生成方法
CN107066693B (zh) 多通道多目标星载ais侦察信号模拟系统
CN107367717A (zh) 一种雷达多目标中频仿真装置
CN109067482A (zh) 面向车联网通信的可重构网络信道模拟方法及装置
CN103116170A (zh) Gnss的基于天线阵列干扰抑制模块的室内测试系统
CN106707253A (zh) 一种试验室内组网雷达与组网干扰机对抗试验装置及方法
CN111817806B (zh) 一种汽车空口通信性能测试方法和系统
CN109471110B (zh) 一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法及装置
CN112986716A (zh) 一种基于pxi总线架构的电磁环境模拟器
JP3719949B2 (ja) アレーアンテナ用フェージング・シミュレータ
CN202794546U (zh) Gps测速仪
CN108512619A (zh) 一种短波多通道多带宽信道的模拟方法
CN112511199A (zh) 一种低复杂度3d_mimo相关信道快速生成方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant