CN108051788A - 利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统和方法，包含：S1、程控衰减器接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；S2、光电转换器将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；S3、程控衰减器对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统；其中，中央处理器对光电转换器的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器的衰减量进行定量控制。本发明可应用于各频段的近距测距雷达系统的闭环测试，同时可标定近距测距雷达系统的探测灵敏度和探测距离，并提供大带宽近距测距雷达系统的目标模拟回波。

Description

利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统和方法
技术领域
本发明涉及一种雷达系统模拟回波的信号源系统和方法，具体是指利用光电转换方式实现雷达系统近距模拟回波的信号源系统和方法，属于雷达系统测试技术领域。
背景技术
近距测距雷达系统一般是一种小型化的雷达系统，适用于在复杂环境下的近距离高精度的目标探测，从而实现精确打击。
目前，近距测距雷达系统的应用已经越来越广泛。与其他测距雷达系统相比，近距测距雷达系统的结体制较复杂，往往是多种体制的复合。比如利用窄脉冲、调频等复合的回波特性进行高精度测距，并减小杂波干扰。近距测距雷达系统因其发射功率小，隐蔽性较好，在近距精确制导武器上应用广泛。因此迫切需要对近距测距雷达系统进行测试和标定，这其中的关键则是雷达系统的模拟回波产生。
现有技术中，雷达系统模拟回波的方法众多，但是均不适合近距条件下复杂调制形式的近距测距雷达系统。因此，本发明提出一种简单易行的近距雷达系统的模拟回波产生信号源系统和方法，利用光电转换方式实现，解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统和方法，可应用于各频段的近距测距雷达系统的闭环测试，同时可标定近距测距雷达系统的探测灵敏度和探测距离，并提供大带宽近距测距雷达系统的目标模拟回波。
为实现上述目的，本发明提供一种利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，包含程控衰减器，与近距测距雷达系统连接；光电转换器，与程控衰减器连接；中央处理器，分别与程控衰减器以及光电转换器连接；其中，程控衰减器接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；光电转换器将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；程控衰减器对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统；中央处理器对光电转换器的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器的衰减量进行定量控制。
所述的程控衰减器包含：输入程控衰减器，与近距测距雷达系统通过电缆耦合连接，接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；输出程控衰减器，与近距测距雷达系统通过电缆耦合连接，对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统。
所述的光电转换器包含：第一衰减器，与输入程控衰减器连接，对射频信号再次进行衰减，调节光电转换器的插入损耗；光调制器，与第一衰减器连接，将衰减后的射频信号调制转换为光信号；光信号延时器，与光调制器连接，对光信号进行延时；光探测器，与光信号延时器连接，将延时后的光信号解调转换为回波射频信号；第二衰减器，与光探测器连接，对回波射频信号进行衰减，调节光电转换器的插入损耗。
所述的光信号延时器包含：第一光开关，分别与光调制器以及中央处理器连接，在中央处理器的控制下，将光信号切换相应的延时值；光纤组，与第一光开关连接，对光信号进行相应的延时；第二光开关，分别与光纤组、光探测器以及中央处理器连接，在中央处理器的控制下，将光信号再次切换相应的延时值。
所述的第一衰减器和第二衰减器的衰减量与光纤组相匹配，使光电转换器的插入损耗为一个定值。
本发明还提供一种利用光电转换实现近距模拟回波的方法，包含以下步骤：
S1、程控衰减器接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；
S2、光电转换器将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；
S3、程控衰减器对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统；
其中，中央处理器对光电转换器的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器的衰减量进行定量控制。
所述的S2中，具体包含以下步骤：
S21、第一衰减器对射频信号再次进行衰减，调节光电转换器的插入损耗；
S22、光调制器将衰减后的射频信号调制转换为光信号；
S23、光信号延时器对光信号进行延时；
S24、光探测器将延时后的光信号解调转换为回波射频信号；
S25、第二衰减器对回波射频信号进行衰减，调节光电转换器的插入损耗。
所述的S23中，具体包含以下步骤：
S231、第一光开关在中央处理器的控制下，将光信号切换相应的延时值；
S232、光纤组对光信号进行相应的延时；
S233、第二光开关在中央处理器的控制下，将光信号再次切换相应的延时值。
所述的第一衰减器和第二衰减器的衰减量与光纤组相匹配，使光电转换器的插入损耗为一个定值。
综上所述，本发明所提供的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统和方法，可以应用于各频段的近距测距雷达系统的闭环测试，特别是在无相参信号条件下的闭环测试；同时可标定近距测距雷达系统的探测灵敏度和探测距离，并提供大带宽近距测距雷达系统的目标模拟回波。本发明光纤质量轻，体积小，衰减小，工程应用简单方便。
附图说明
图1为本发明中的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统的结构示意图；
图2为本发明中的光电转换器的结构示意图；
图3为本发明中的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统的详细结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1～图3，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
当前近距测距雷达系统通常采用线性调频脉冲(或者调频连续波)工作体制。LFM(线性调频脉冲)的矩形脉冲信号的解析表达式为：
其中，Arect(t/T)为信号包络，T为脉冲宽度，f0为载波频率，k为调频斜率。
近距测距雷达系统的点目标回波为：
其中，Brect[(t-τ)/T]为信号包络，τ为延时时间，f0为载波频率，k为调频斜率。
从上述矩形脉冲信号的解析表达式来看，将射频信号调制到光信号，通过光纤组延时产生点目标信号，再解调生成体目标信号是完全可行的，最后经过程控衰减器的调节，产生近距测距雷达系统的目标回波信号。因此模拟回波的信号源系统可以标定近距测距雷达系统的灵敏度和接收链路的增益等系统参数。
如图1所示，为本发明所提供的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，包含程控衰减器1，与近距测距雷达系统4连接；光电转换器2(核心部件)，与程控衰减器1连接；中央处理器3，分别与程控衰减器1以及光电转换器2连接；其中，程控衰减器1接收近距测距雷达系统4输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器2可承受的范围；光电转换器2将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；程控衰减器1对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统4；中央处理器3对光电转换器2的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器1的衰减量进行定量控制。
如图3所示，所述的程控衰减器1包含：输入程控衰减器11，与近距测距雷达系统4通过电缆耦合连接，接收近距测距雷达系统4输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器2可承受的范围；输出程控衰减器12，与近距测距雷达系统4通过电缆耦合连接，对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统4。
如图2和图3所示，所述的光电转换器2包含：第一衰减器21，与输入程控衰减器11连接，对射频信号再次进行衰减，调节光电转换器2的插入损耗；光调制器22，与第一衰减器21连接，将衰减后的射频信号调制转换为光信号；光信号延时器，与光调制器22连接，对光信号进行延时；光探测器26，与光信号延时器连接，将延时后的光信号解调转换为回波射频信号；第二衰减器27，与光探测器26连接，对回波射频信号进行衰减，调节光电转换器2的插入损耗。
如图2和图3所示，所述的光信号延时器包含：第一光开关23，分别与光调制器22以及中央处理器3连接，在中央处理器3的控制下，将光信号切换相应的延时值；光纤组24，与第一光开关23连接，对光信号进行相应的延时；第二光开关25，分别与光纤组24、光探测器26以及中央处理器3连接，在中央处理器3的控制下，将光信号再次切换相应的延时值。
本发明的优选实施例中，所述的第一光开关23和第二光开关25相互配合，共同完成光纤组24的延时切换，且第一光开关23和第二光开关25可根据实际需求切换不同的延时值，由中央处理器3控制。
本发明的优选实施例中，所述的光纤组24在中央处理器3的控制下按一定规律切换延时以产生变化时，可以模拟目标的运动速度。
本发明的优选实施例中，第一衰减器21和第二衰减器27的衰减量可以调节，以适应不同的近距测距雷达系统。
本发明的优选实施例中，第一衰减器21和第二衰减器27的衰减量与光纤组24相匹配，使光电转换器2的插入损耗为一个定值，从而使得整个信号源系统的插入损耗是通过程控衰减器1调节的，且由中央处理器3控制。
以下通过一个具体实施例，详细说明本发明所述的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统的构成和工作原理。设定近距测距雷达系统4的工作频率范围为30GHz～40GHz，其中心频率可调，工作带宽为0.5GHz(可调)，可承受信号的功率大于100mW、脉冲宽度为2μs～1ms，脉冲重复频率为500Hz～15kHz，产生点目标信号。
所述的输入程控衰减器11选用30GHz～40GHz，衰减范围为0～60dB毫米波的衰减器，使射频信号功率在光电转换器2可承受的功率范围中。
所述的光电转换器2中的第一衰减器21和第二衰减器27的衰减量与光纤组24匹配，使光电转换器2的插入损耗是一个定值。这样设定的意义在于，整个信号源系统的插入损耗将仅通过程控衰减器1调节，且由中央处理器3控制，可以实现输出毫米波信号功率大小的控制，从而实现对近距测距雷达系统的灵敏度和接收增益的标定。
所述的光调制器22选用工作频率在30GHz～40GHz的激光调制器，将毫米波射频信号调制为光信号。
所述的第一光开关23和第二光开关25可根据实际需求切换不同的延时值，由中央处理器3控制。
所述的光探测器26选用工作频率在30GHz～40GHz的激光探测器，用于将延时后的光信号转换为毫米波信号，形成目标模拟回波信号。
所述的输出程控衰减器12选用30GHz～40GHz，衰减范围为0～80dB毫米波的衰减器，对处于毫米波频段的目标模拟回波信号进行衰减，并发送至近距测距雷达系统4。
所述的中央处理器3进行延时控制和程控衰减器的衰减控制，控制第一光开关23、第二光开关25和程控衰减器1产生目标模拟回波。
本发明还提供一种利用光电转换实现近距模拟回波的方法，包含以下步骤：
S1、程控衰减器1接收近距测距雷达系统4输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器2可承受的范围；
S2、光电转换器2将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；
S3、程控衰减器1对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统4；
其中，中央处理器3对光电转换器2的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器1的衰减量进行定量控制。
所述的S2中，具体包含以下步骤：
S21、第一衰减器21对射频信号再次进行衰减，调节光电转换器2的插入损耗；
S22、光调制器22将衰减后的射频信号调制转换为光信号；
S23、光信号延时器对光信号进行延时；
S24、光探测器26将延时后的光信号解调转换为回波射频信号；
S25、第二衰减器27对回波射频信号进行衰减，调节光电转换器2的插入损耗。
所述的S23中，具体包含以下步骤：
S231、第一光开关23在中央处理器3的控制下，将光信号切换相应的延时值；
S232、光纤组24对光信号进行相应的延时；
S233、第二光开关25在中央处理器3的控制下，将光信号再次切换相应的延时值。
本发明的优选实施例中，第一衰减器21和第二衰减器27的衰减量与光纤组24相匹配，使光电转换器2的插入损耗为一个定值，从而使得整个信号源系统的插入损耗是通过程控衰减器1调节的，且由中央处理器3控制。
综上所述，本发明所提供的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统和方法，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
现有技术中的近距测距雷达系统的模拟回波信号源使用微波电缆延时或相参信号源来产生模拟回波；采用微波电缆延时的信号源无法实现多距离的目标模拟，因为当模拟精度很高时(例如步进1米，模拟距离100米以上时)，需要大量的微波电缆，导致体积庞大，无法工程应用；而使用相参信号源则无法在没有同步信号的条件下启动工作。
相反，采用本发明的利用光电转换实现近距模拟回波的方法，可以应用于各频段的近距测距雷达系统的闭环测试，特别是在无相参信号条件下的闭环测试；同时可标定近距测距雷达系统的探测灵敏度和探测距离，并提供大带宽近距测距雷达系统的目标模拟回波。本发明光纤质量轻，体积小，衰减小，工程应用简单方便。
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 (9)

1.一种利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，其特征在于，包含：
程控衰减器，与近距测距雷达系统连接；
光电转换器，与程控衰减器连接；
中央处理器，分别与程控衰减器以及光电转换器连接；
其中，程控衰减器接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；光电转换器将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；程控衰减器对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统；中央处理器对光电转换器的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器的衰减量进行定量控制。
2.如权利要求1所述的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，其特征在于，所述的程控衰减器包含：
输入程控衰减器，与近距测距雷达系统通过电缆耦合连接，接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；
输出程控衰减器，与近距测距雷达系统通过电缆耦合连接，对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统。
3.如权利要求2所述的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，其特征在于，所述的光电转换器包含：
第一衰减器，与输入程控衰减器连接，对射频信号再次进行衰减，调节光电转换器的插入损耗；
光调制器，与第一衰减器连接，将衰减后的射频信号调制转换为光信号；
光信号延时器，与光调制器连接，对光信号进行延时；
光探测器，与光信号延时器连接，将延时后的光信号解调转换为回波射频信号；
第二衰减器，与光探测器连接，对回波射频信号进行衰减，调节光电转换器的插入损耗。
4.如权利要求3所述的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，其特征在于，所述的光信号延时器包含：
第一光开关，分别与光调制器以及中央处理器连接，在中央处理器的控制下，将光信号切换相应的延时值；
光纤组，与第一光开关连接，对光信号进行相应的延时；
第二光开关，分别与光纤组、光探测器以及中央处理器连接，在中央处理器的控制下，将光信号再次切换相应的延时值。
5.如权利要求4所述的利用光电转换实现近距模拟回波的信号源系统，其特征在于，所述的第一衰减器和第二衰减器的衰减量与光纤组相匹配，使光电转换器的插入损耗为一个定值。
6.一种利用光电转换实现近距模拟回波的方法，采用如权利要求1～5中任一项所述的信号源系统时限，其特征在于，包含以下步骤：
S1、程控衰减器接收近距测距雷达系统输出的射频信号，进行定量衰减，将射频信号功率调整至光电转换器可承受的范围；
S2、光电转换器将衰减后的射频信号转换至光信号并进行延时，再将延时后的光信号转换至回波射频信号；
S3、程控衰减器对回波射频信号进行定量衰减，并发送至近距测距雷达系统；
其中，中央处理器对光电转换器的信号转换进行切换控制，并对程控衰减器的衰减量进行定量控制。
7.如权利要求6所述的利用光电转换实现近距模拟回波的方法，其特征在于，所述的S2中，具体包含以下步骤：
S21、第一衰减器对射频信号再次进行衰减，调节光电转换器的插入损耗；
S22、光调制器将衰减后的射频信号调制转换为光信号；
S23、光信号延时器对光信号进行延时；
S24、光探测器将延时后的光信号解调转换为回波射频信号；
S25、第二衰减器对回波射频信号进行衰减，调节光电转换器的插入损耗。
8.如权利要求7所述的利用光电转换实现近距模拟回波的方法，其特征在于，所述的S23中，具体包含以下步骤：
S231、第一光开关在中央处理器的控制下，将光信号切换相应的延时值；
S232、光纤组对光信号进行相应的延时；
S233、第二光开关在中央处理器的控制下，将光信号再次切换相应的延时值。
9.如权利要求8所述的利用光电转换实现近距模拟回波的方法，其特征在于，所述的第一衰减器和第二衰减器的衰减量与光纤组相匹配，使光电转换器的插入损耗为一个定值。
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