CN107884756A - 一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通信领域内的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，包括计算机单元、USB转高速串口电路、FPGA单元、DA电路以及微波电路；其中，计算机单元发送PDW脉冲描述字文件给FPGA单元，PFGA单元对PDW脉冲描述字进行实时解析从而去控制DA电路和微波控制链路产生模拟雷达信号，本发明实现雷达信号模拟功能，雷达信号模拟器主要可通过人机交互模拟各种体制雷达信号和抗干扰雷达信号，包括常规脉冲、普通连续波、重频抖动、重频参差、脉冲多普勒、脉冲组、频率捷变、频率分集、线性调频、调制波形、相位编码等，可用于雷达设备测试中。
Description
技术领域
本发明涉及一种雷达信号模拟系统，特别涉及一种雷达信号模拟系统及方法。
背景技术
目前随着电磁环境的日益复杂，对通用雷达的要求越来越高。当前模拟雷达信号的产生主要类似于仪表一般操作，通过对每一组需要模拟的雷达信号进行设置后开启设备进行信号产生。这种使用方式在需要模拟多个雷达信号的情况下参数设置费时费力，且模拟的雷达信号的数量会受到人机界面的限制；此外模拟雷达信号的逼真度因个人设置的参数不同而不同。
发明内容
本发明的目的是提供一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统及方法，使得模拟雷达信号的产生更加快捷，模拟的雷达数量不受人机界面的限制；在模拟逼真的战场雷达信号环境时，模拟的信号逼真度不再因个人经验不同而不同。
本发明的目的是这样实现的：一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统及方法，所述模拟系统包括计算机单元、USB转高速串口电路、FPGA单元、DA电路以及微波电路；其中，计算机单元发送PDW脉冲描述字文件给FPGA单元，PFGA单元对PDW脉冲描述字进行实时解析从而去控制DA电路和微波控制链路产生模拟雷达信号；
所述模拟方法包括以下步骤：
步骤1）通过计算机单元设定所需雷达参数；
步骤2）计算机单元将上述雷达参数以PDW脉冲描述字的形式通过USB转高速串口电路传递给DDS信号产生单元；
步骤3）DDS信号产生单元中的FPGA单元解算得到每部雷达每个脉冲的到达时间、频率、脉宽、信号幅度和调制参数，并根据每个脉冲的到达时间，进行脉冲排序和丢脉冲处理，实时控制DA电路产生400MHz～600MHz雷达基带信号；
步骤4）雷达基带信号经过微波电路中的3～4GHz上变频模块多级本振混频，变频为3～4GHz中频信号；3～4GHz中频信号最后经过0.2～2GHz上变频、2～8GHz上变频和8～18GHz上变频模块多级本振混频，将信号变频为0.2～18GHz射频信号，利用微波后端的调制器实现精确的脉冲信号前沿和后沿的控制，调制后的信号通过功放和天线辐射出去。
作为本发明的进一步限定，所述计算机单元包括PC104计算机、键盘和显示器；该单元用以实现PDW脉冲描述字导入功能。
作为本发明的进一步限定，所述USB转高速串口电路选用CY7C68013芯片，用以实现计算机单元至FPGA单元的高速数据传输。
作为本发明的进一步限定，所述FPGA单元包括FPGA芯片、电平转换芯片、内部解算模块和DDS频率源模块；该单元用以完成射频信号的频率、脉宽、重频以及脉幅等多种形式调制信号的产生，以及多个脉冲的个数变化情况，间隔变化情况、PDW脉冲描述字的解析等功能；计算机单元先将PDW脉冲描述字发送FPGA单元，然后FPGA内部的模块对接收的数据进行处理和分发给内部解算模块，然后对多个解算模块的结果进行排序，最终将解算的结果输出至内部的DDS频率源模块产生DA电路所需的时序信号。
作为本发明的进一步限定，所述DA电路包括DA转换芯片、时钟芯片以及外围电路；DA电路中的DA转换芯片接收FPGA单元产生的控制时序信号，产生设定的中频信号。
作为本发明的进一步限定，所述微波电路包括本振源、开关组件、变频网络、滤波器、数控衰减器、放大器和天线等微波模块；微波电路接收FPGA单元产生的微波控制信号，对该电路的各模块控制，将DA电路的中频信号变频为0.2~18GHz内的模拟雷达信号，最终通过辐射式或者注入式提供给其他设备使用。
作为本发明的进一步限定，步骤3）中DDS信号产生单元包括FPGA单元和DA电路，主要完成频率、脉宽、重频以及幅度等多种形式的中频信号产生，以及多个脉冲的时序排队等功能，FPGA单元内部的通信管理模块对接收的PDW脉冲描述字作出处理、分发给各个内部解算模块，各个内部解算模块进行独立工作，内部解算模块解算每一雷达脉冲到达时间、脉冲宽度、脉冲载频及调制信息、脉冲幅度等，一部雷达占用一个脉冲描述控制字解算模块；以每5个脉冲描述控制字解算模块为一组，将解算的结果输出给时序排队模块，进行脉冲描述控制字时序排队及脉冲丢失处理；以每5个脉冲描述控制字时序模块为一组，每一脉冲描述控制字时序排队模块将各自的结果输出至下一级脉冲描述控制字时序排队模块再进行脉冲时序排队解算；最终将解算的结果输出至脉冲描述控制字输出控制模块，输出给宽频高精度频率合成器单元，产生雷达基带信号。
作为本发明的进一步限定，所述DDS信号产生单元实现对后端微波电路的开关的实时切换，选择合适的本振信号进行混频，通过预先设定的在模块中的变频关系，能够实现ns级的频率切换，而实现同时多部不同雷达的信号产生。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明实现雷达信号模拟功能，雷达信号模拟器主要可通过人机交互模拟各种体制雷达信号和抗干扰雷达信号，包括常规脉冲、普通连续波、重频抖动、重频参差、脉冲多普勒、脉冲组、频率捷变、频率分集、线性调频、调制波形、相位编码等；也可根据用户通过其他方式取得PDW脉冲脉描述字文件直接输入，实现包含以上特征的雷达信号的产生。本发明可用于雷达设备测试中。
附图说明
图1为本发明中雷达信号模拟系统结构框图。
图2为本发明中雷达信号模拟方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，包括计算机单元、USB转高速串口电路、FPGA单元、DA电路以及微波电路；其中，计算机单元发送PDW脉冲描述字文件给FPGA单元，PFGA单元对PDW脉冲描述字进行实时解析从而去控制DA电路和微波控制链路产生模拟雷达信号。
计算机单元主要由PC104计算机、键盘和显示器等组成；该单元中包含了输入输出设备，无需再外接任何设备即可对设备进行控制；输出设备为8寸液晶屏，输入设备为定制化键盘，计算机单元具有良好的人机交互功能；通过输出设备可查看设备当前的状态以及每一条支路的工作情况；通过输入设备可实现每一部雷达的信号设置以及通过USB接口实现PDW脉冲描述字的导入，对信号产生进行控制；该单元组要功能有：雷达数据库管理、试验战情设置、设备运行控制、自定检错提示、用户参数设置、设备运行状态显示和PDW脉冲描述字导入等功能。
USB转高速串口电路由CY7C68013芯片实现，对于计算机单元而言该单元为USB接口方便连接接口通用；对于FPGA单元该接口为自定义高速串口，在再较少连接下实现高速传输；该电路主要完成PDW脉冲描述字和一般控制指令的传输；普通串口不能满足每秒传输50W脉冲描述字的需求，通过对该芯片通用固件程序的修改实现满足需求的高速传输。
FPGA单元主要由FPGA芯片、电平转换芯片、FPGA内部解算模块和DDS频率源模块等组成；该单元主要完成射频信号的频率、脉宽、重频以及脉幅等多种形式调制信号的产生，以及多个脉冲的个数变化情况，间隔变化情况、PDW脉冲描述字的解析等功能；其单元核心为XLINX的SPART 6系类的FPGA芯片的高层次应用技术，既并行流水处理机结构；计算机单元先将战情或者PDW脉冲描述字发送FPGA单元，然后FPGA内部的模块对接收的数据进行处理和分发给内部解算模块，然后对多个解算模块的结果进行排序，最终将解算的结果输出至内部的DDS频率源模块产生DA电路所需的时序信号。
DA电路主要由ADI公司的高速DA转换芯片、时钟芯片以及外围电路组成；DA电路中的DA转换芯片接收FPGA单元产生的控制时序信号，产生设定的中频信号。
微波电路由本振源、开关组件、变频网络、滤波器、数控衰减器、放大器和天线等微波模块组成。微波电路接收FPGA单元产生的控制时序信号，对该电路的各模块控制，将DA电路的中频信号变频为0.2~18GHz内的模拟雷达信号，最终通过辐射式或者注入式提供给其他设备使用。
如图2所示的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟方法，包括以下步骤：
步骤1）通过计算机单元设定所需雷达参数；
步骤2）计算机单元将上述雷达参数以PDW脉冲描述字的形式通过USB转高速串口电路传递给DDS信号产生单元；
步骤3）DDS信号产生单元中的FPGA单元解算得到每部雷达每个脉冲的到达时间、频率、脉宽、信号幅度和调制参数，并根据每个脉冲的到达时间，进行脉冲排序和丢脉冲处理，实时控制DA电路产生400MHz～600MHz雷达基带信号，DDS信号产生单元包括FPGA单元和DA电路，主要完成频率、脉宽、重频以及幅度等多种形式的中频信号产生，以及多个脉冲的时序排队等功能，FPGA单元内部的通信管理模块对接收的PDW脉冲描述字作出处理、分发给各个内部解算模块，各个内部解算模块进行独立工作，内部解算模块解算每一雷达脉冲到达时间、脉冲宽度、脉冲载频及调制信息、脉冲幅度等，一部雷达占用一个脉冲描述控制字解算模块；以每5个脉冲描述控制字解算模块为一组，将解算的结果输出给时序排队模块，进行脉冲描述控制字时序排队及脉冲丢失处理；以每5个脉冲描述控制字时序模块为一组，每一脉冲描述控制字时序排队模块将各自的结果输出至下一级脉冲描述控制字时序排队模块再进行脉冲时序排队解算；最终将解算的结果输出至脉冲描述控制字输出控制模块，输出给宽频高精度频率合成器单元，产生雷达基带信号，所述DDS信号产生单元实现对后端微波电路的开关的实时切换，选择合适的本振信号进行混频，通过预先设定的在模块中的变频关系，能够实现ns级的频率切换，而实现同时多部不同雷达的信号产生；
步骤4）雷达基带信号经过微波电路中的3～4GHz上变频模块多级本振混频，变频为3～4GHz中频信号；3～4GHz中频信号最后经过0.2～2GHz上变频、2～8GHz上变频和8～18GHz上变频模块多级本振混频，将信号变频为0.2～18GHz射频信号，利用微波后端的调制器实现精确的脉冲信号前沿和后沿的控制，调制后的信号通过功放和天线辐射出去。
下面结合具体实例对本发明做进一步说明。
以下面5组数据为例：
FPGA单元根据以下报文格式实时解算上述的报文；
根据以上报文可知上面5个脉冲信号分别为：
随即FPGA单元设定一个起始时间，对上述5个脉冲信号进行排序，在第25000us时刻到达时，FPGA控制DA电路产生解算的基带信号，并保持10us，在产生该信号的时刻同时通过3～4GHz上变频模块将该基带信号变频为中频信号，在通过开关选择送入8～18GHz变频模块，将中频信号变频为14000MHz的射频信号最终通过功放和天线辐射出去，当该信号保持10us之后，基带信号停止产生，即完成了一个脉冲信号的产生；当第25030us到达时，FPGA控制DA电路产生8000MHz射频信号对应的基带信号，并保持20us，重复上述的过程，直到低25200us信号停止产生；FPGA不停解算计算机单元下发的PDW脉冲描述字，只要USB高速转串口电路能保证10M/s的传输速率即可实现50W/s的脉冲描述字的信号产生。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，其特征在于，包括计算机单元、USB转高速串口电路、FPGA单元、DA电路以及微波电路；其中，计算机单元发送PDW脉冲描述字文件给FPGA单元，PFGA单元对PDW脉冲描述字进行实时解析从而去控制DA电路和微波控制链路产生模拟雷达信号。
2.根据权利要求1所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，其特征在于，所述计算机单元包括PC104计算机、键盘和显示器；该单元用以实现PDW脉冲描述字导入功能。
3.根据权利要求1所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，其特征在于，所述USB转高速串口电路选用CY7C68013芯片，用以实现计算机单元至FPGA单元的高速数据传输。
4.根据权利要求1所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，其特征在于，所述FPGA单元包括FPGA芯片、电平转换芯片、内部解算模块和DDS频率源模块；该单元用以完成射频信号的频率、脉宽、重频以及脉幅等多种形式调制信号的产生，以及多个脉冲的个数变化情况，间隔变化情况、PDW脉冲描述字的解析等功能；计算机单元先将PDW脉冲描述字发送FPGA单元，然后FPGA内部的模块对接收的数据进行处理和分发给内部解算模块，然后对多个解算模块的结果进行排序，最终将解算的结果输出至内部的DDS频率源模块产生DA电路所需的时序信号。
5.根据权利要求1所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，其特征在于，所述DA电路包括DA转换芯片、时钟芯片以及外围电路；DA电路中的DA转换芯片接收FPGA单元产生的控制时序信号，产生设定的中频信号。
6.根据权利要求1所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟系统，其特征在于，所述微波电路包括本振源、开关组件、变频网络、滤波器、数控衰减器、放大器和天线等微波模块；微波电路接收FPGA单元产生的微波控制信号，对该电路的各模块控制，将DA电路的中频信号变频为0.2~18GHz内的模拟雷达信号，最终通过辐射式或者注入式提供给其他设备使用。
7.一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）通过计算机单元设定所需雷达参数；
步骤2）计算机单元将上述雷达参数以PDW脉冲描述字的形式通过USB转高速串口电路传递给DDS信号产生单元；
步骤3）DDS信号产生单元中的FPGA单元解算得到每部雷达每个脉冲的到达时间、频率、脉宽、信号幅度和调制参数，并根据每个脉冲的到达时间，进行脉冲排序和丢脉冲处理，实时控制DA电路产生400MHz～600MHz雷达基带信号；
步骤4）雷达基带信号经过微波电路中的3～4GHz上变频模块多级本振混频，变频为3～4GHz中频信号；3～4GHz中频信号最后经过0.2～2GHz上变频、2～8GHz上变频和8～18GHz上变频模块多级本振混频，将信号变频为0.2～18GHz射频信号，利用微波后端的调制器实现精确的脉冲信号前沿和后沿的控制，调制后的信号通过功放和天线辐射出去。
8.根据权利要求7所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟方法，其特征在于，步骤3）中DDS信号产生单元包括FPGA单元和DA电路，主要完成频率、脉宽、重频以及幅度等多种形式的中频信号产生，以及多个脉冲的时序排队等功能，FPGA单元内部的通信管理模块对接收的PDW脉冲描述字作出处理、分发给各个内部解算模块，各个内部解算模块进行独立工作，内部解算模块解算每一雷达脉冲到达时间、脉冲宽度、脉冲载频及调制信息、脉冲幅度等，一部雷达占用一个脉冲描述控制字解算模块；以每5个脉冲描述控制字解算模块为一组，将解算的结果输出给时序排队模块，进行脉冲描述控制字时序排队及脉冲丢失处理；以每5个脉冲描述控制字时序模块为一组，每一脉冲描述控制字时序排队模块将各自的结果输出至下一级脉冲描述控制字时序排队模块再进行脉冲时序排队解算；最终将解算的结果输出至脉冲描述控制字输出控制模块，输出给宽频高精度频率合成器单元，产生雷达基带信号。
9.根据权利要求7所述的一种可通过数据文件产生信号的雷达信号模拟方法，其特征在于，所述DDS信号产生单元实现对后端微波电路的开关的实时切换，选择合适的本振信号进行混频，通过预先设定的在模块中的变频关系，能够实现ns级的频率切换，而实现同时多部不同雷达的信号产生。
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