CN108205123B - 一种毫米波大功率雷达信号模拟器及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种毫米波大功率雷达信号模拟器及模拟方法，包括毫米波雷达信号模拟器主机、毫米波雷达信号模拟器功放、高增益天线以及喇叭天线组，其中，毫米波雷达信号模拟器主机包括调制源模块、锁相源模块、混频滤波模块、捷变源模块、稳幅模块、功分模块，所述调制源模块输出的信号与所述锁相源模块输出的信号分别输入混频滤波模块进行混频滤波后，与捷变源模块输出的信号分别经过所述稳幅模块后分两通道输出，一种输出为进入所述毫米波雷达信号模拟器功放进行放大后通过所述高增益天线进行单目标输出，另一种输出为进入所述功分模块通过所述喇叭天线组转换为多目标输出。本发明的模拟器具有模拟功能强、波段宽(32～40GHz)、输出功率大(可达10W)、操作使用方便、通用性强和频率指标高等特点，满足毫米波雷达告警接收机的功能和性能测试要求，也满足毫米波电子侦察接收机的仿真和测试要求。

Description

一种毫米波大功率雷达信号模拟器及模拟方法

技术领域

本发明属于电子对抗技术领域，涉及一种雷达信号模拟器，尤其涉及一种毫米波大功率的多体制雷达信号模拟器。

背景技术

毫米波大功率雷达信号模拟器是装备雷达告警接收机的实验室和外场测试设备，可以对毫米波雷达告警接收机方位、频率、威胁等级、跟踪精度、跟踪范围和灵敏度等各项功能和性能技术指标测试，具备远距离毫米波雷达告警接收机测试功能，是评估毫米波雷达告警接收机重要技术指标的标准设备。毫米波雷达告警接收机测试需要雷达信号模拟器能模拟多种毫米波雷达发射信号和空间电磁环境，可模拟雷达天线扫描，能实现模拟信号的空间辐射。目前，雷达信号模拟器以单项功能为主，或者体制单一，或者频带不够，或者通道单一，不能实现远距离空间辐射，使用环境收到限制，并且现有雷达模拟器的工作高频率带宽基本在2～3GHz，不能工作在32～40GHz的毫米波频带范围，例如专利申请CN201510882404.2公开了一种多体制雷达信号模拟器，其虽然实现了更加宽的频带范围，即0.7～18GHz，但其频率很低，最大仅为18GHz，不能用于高频率频带范围，并且其使用环境也大大受限制，仅可实现远距离的空间辐射。

发明内容

本发明为了满足毫米波雷达告警接收机实验室和外场条件下的方位、频率、威胁等级、跟踪精度、跟踪范围和灵敏度等各项功能和性能技术指标测试要求，克服单体制、低功率和工作频带较低等雷达模拟器的局限性，也为了满足雷达告警接收机在毫米波波段的测试需求，提供了一种雷达信号模拟器。

本发明的技术方案如下：

一种毫米波大功率雷达信号模拟器，包括毫米波雷达信号模拟器主机、毫米波雷达信号模拟器功放、高增益天线以及喇叭天线组，其中，毫米波雷达信号模拟器主机包括调制源模块、锁相源模块、混频滤波模块、捷变源模块、稳幅模块和功分模块，所述调制源模块输出的信号与所述锁相源模块输出的信号分别输入混频滤波模块进行混频滤波后，与所述稳幅模块处理过的所述捷变源模块产生的本振信号在所述稳幅模块中进行混频后分两通道输出，一种输出为进入所述毫米波雷达信号模拟器功放进行放大后通过所述高增益天线进行单目标输出，另一种输出为进入所述功分模块通过所述喇叭天线组转换为多目标输出。

所述调制源模块由数字频率合成器(DDS)配置产生单频、调频或调相(BPSK、QPSK)的中频信号。

所述锁相源模块产生C波段本振信号，用于与调制源模块产生的调制信号混频。

进一步地，所述调制模块产生的中频信号与锁相源产生的C波段本振信号混频滤波后得到带有调制信息的射频信号。

所述混频滤波模块，用于对调制源模块输出的信号和锁相源模块输出的信号进行混频后滤波，输出5GHz±50MHz的中频信号。

所述捷变源模块具备捷变频功能，产生13.5～17.5GHz的本振信号。

所述稳幅模块包括稳幅控制模块，多路滤波器，电调衰减器，数控衰减器，调制器和混频器。

进一步地，所述稳幅模块对捷变源模块发送的本振信号进行2倍频，经滤波之后产生27～35GHz的本振信号，之后与混频滤波模块发送来的5GHz±50MHz的中频信号进行混频，产生32～40GHz的射频信号，然后对32～40GHz的射频信号进行稳幅控制，后经所述多路滤波器滤波，再经过所述电调衰减器和数控衰减器后经所述调制器，所述混频器输出得到32～40GHz射频信号。

所述功分模块，用于将主机单路射频输出转换为四路多目标射频输出。

所述喇叭天线组采用四路角锥喇叭天线，与主机四路多目标输出通道配合使用，可实现雷达模拟信号的近距离空间辐射。

所述毫米波雷达信号模拟器功放，用于接收来自毫米波雷达信号模拟器主机的射频信号，并将该射频信号功率提高至10W，其配合天线使用可实现雷达模拟信号的远距离空间辐射；同时该功放具备驻波保护和温度监测功能，对环境温度和工作状态进行实时监测，发现异常时可对对功放进行断电保护。

所述高增益天线，用于与毫米波雷达信号模拟器功放配合使用，可实现雷达模拟信号的较远距离空间辐射，其采用卡塞格伦天线，具备较高增益。

进一步地，所述雷达信号模拟器还包括控制单元，用于对模拟雷达信号的参数进行计算，控制雷达体制产生功能模块产生调制脉冲和调制码流等控制信号，控制捷变源输出当前设定频率，控制调制源输出调频、调相或单频中频信号，控制电调衰减器和数控衰减器得到设定幅度的输出信号，控制调制器实现设定体制的的脉冲调制。

本发明还提供一种毫米波大功率雷达信号的模拟方法，采用上述的模拟器实现，包括以下步骤：

S1，所述稳幅模块对捷变源模块发送的本振信号进行频率变换，然后经滤波产生本振信号；

S2，所述调制模块产生的中频信号和锁相源模块产生的C波段本振信号输出到混频滤波模块，首先两者进行混频得到带有调制信息的射频信号，再经滤波后输出中频信号至稳幅模块；

S3，所述步骤S2输出的中频信号与所述步骤S1产生的本振信号进行混频产生射频信号，然后对所述射频信号进行稳幅控制，后经所述多路滤波器滤波，再经过所述电调衰减器和数控衰减器后经所述调制器，所述混频器输出得到最终射频信号；

S4，所述步骤S3输出的最终射频信号经所述毫米波雷达信号模拟器功放进行放大后通过所述高增益天线进行单目标输出；

或S5，所述步骤S3输出的最终射频信号至所述功分模块并通过所述喇叭天线组转换为多目标输出。

本发明的有益效果如下：本发明充分结合高速数字信号处理技术和捷变频技术，可模拟单部或多部不同体制雷达辐射信号，实现对雷达信号模拟器的整体控制，可实现辐射信号的频率、脉宽、重频、幅度、相位等参数设置，具备多部雷达信号混合分时输出功能，并且可适用不同的环境条件。具体为：1、本发明的雷达信号模拟器模拟雷达体制相比于现有技术种类更多；2、本发明的雷达信号模拟器具有加大加宽的频带，其频带范围达到32～40GHz；3、本发明通过增加功分模块与毫米波雷达信号模拟器功放相结合，以及高增益天线和四路角锥喇叭天线成天线组相配合，即可实现雷达模拟信号的较远距离空间辐射，也能实现雷达模拟信号的近距离空间辐射。综上，该模拟器具有模拟功能强、波段宽(32～40GHz)、输出功率大(可达10W)、操作使用方便、通用性强和频率指标高等特点。满足毫米波雷达告警接收机的功能和性能测试要求，也满足毫米波电子侦察接收机的仿真和测试要求。

附图说明

附图1为本发明实施例提供的毫米波大功率雷达信号模拟器的结构示意图；

附图2为本发明实施例提供的毫米波大功率雷达信号模拟器主机结构示意图；

附图3为本发明实施例提供的毫米波雷达信号模拟器功放结构示意图；

附图4为本发明实施例提供的高增益天线结构示意图；

附图5为本发明实施例提供的喇叭天线组组成结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为本发明实施例提供的毫米波大功率雷达信号模拟器的结构示意图；该雷达信号模拟器包括毫米波雷达信号模拟器主机、毫米波雷达信号模拟器功放、高增益天线和喇叭天线组。

图2为本发明实施例提供的毫米波大功率雷达信号模拟器主机结构示意图；可模拟单部或多部不同体制雷达辐射信号，实现对雷达信号模拟器的整体控制，可实现辐射信号的频率、脉宽、重频、幅度、相位等参数设置，具备多部雷达信号混合分时输出功能。

参见图1和图2，毫米波雷达信号模拟器主机：由调制源模块、锁相源模块、混频滤波模块、捷变源模块、稳幅模块、功分模块和控制单元等7部分组成。

其中，调制源模块，由数字频率合成器(DDS)产生单频、调频或调相(BPSK、QPSK)的中频信号，DDS选择AD9910，工作时钟为1GHz，运用其Profile功能产生BPSK、QPSK信号，通过配置其寄存器控制其产生线性调频信号，中心频率为200MHz。DDS输出信号与4.8GHz的锁相源模块产生的本振信号混频，得到中心频点为5GHz的C波段调制后信号。锁相源模块产生4.8GHz的本振信号，用于与调制源产生的调制信号混频，进而产生中心频点为5GHz的C波段调制后信号。

所述混频滤波模块，对调制源产生的中频信号和锁相源产生的本振信号进行混频，之后对混频产生的C波段调制后信号进行滤波。

所述捷变源模块，由捷变DDS产生300～500MHz的中频信号，后与捷变源模块内部的一级本振源进行混频，产生2～3GHz的信号，再与二级本振源混频，一级本振源和二级本振源均由多个点频源组成，通过控制选择两级本振源频率，经过滤波器组后得到宽带的射频输出信号。捷变源的捷变速率小于300ns，输出频率范围为13.5～17.5GHz。

所述稳幅模块，对捷变源模块产生的13.5～17.5GHz信号进行2倍频，之后与混频滤波模块产生的中心频点为5GHz的C波段调制后信号进行混频，产生32～40GHz的射频信号，然后进行多路滤波，限幅放大，后经过电调衰减器和数控衰减器，再进行线性放大调整增益，经过调制器后再进行滤波，得到32～40GHz模拟器射频输出信号。控制单元，通过网络接口接收来自综合计算机的控制指令，之后对模拟器参数进行计算，控制雷达体制产生功能模块产生调制脉冲和调制码等控制信号，雷达体制产生功能模块是在控制单元的FPGA芯片内部通过复杂算法和逻辑设计而实现的，按照雷达体制类型不同将不同功能模块进行分选及合并，从而产生单部单体制、多部单体制以及多部多体制的雷达信号输出。之后控制捷变源输出当前设定频率，控制调制源输出调频、调相或中频信号，控制电调衰减器和数控衰减器得到设定幅度的输出信号，控制调制器实现设定体制的脉冲调制。

具体的，控制单元，分为上位机平台和下位机平台两部分，上位机平台为PC104核心处理组件，具备显示和控制功能，是上位机软件的载体，上位机软件完成用户对毫米波雷达信号模拟器的参数设置和系统设置等功能，并将参数通过网口发送至下位机平台。下位机平台采用DSP+FPGA的架构，核心为TI的DSP芯片，DSP对上位机设置的模拟器参数进行实时解析和计算，设置单部或多部雷达模拟信号的参数，以及每部雷达的输出幅度等信息。FPGA主要完成时序产生以及底层模块的控制；时序产生模块根据DSP的计算结果产生调制脉冲和调制码流等控制信号；调制源控制模块配置调制DDS输出调频、调相或单频中频信号，其中调相信号的更新信号和调频信号的启动信号均由FPGA产生；捷变源控制模块根据DSP计算结果控制捷变源当前时刻输出频率，更新捷变源频率字，选择滤波器组开关；幅度控制模块根据模拟雷达当前功率对数控衰减器和电调衰减器进行分配，对射频输出幅度进行精确控制，对射频通路频响进行修正，频率间隔50MHz；对输出幅度电平进行修正，幅度间隔0.1dBm。电调衰减器控制电压由DAC产生，电平和频响修正码分别存储在Flash和E2PROM中。

参见图3-5，毫米波雷达信号模拟器功放，核心组件为工作频段为32～40GHz的宽带固态功率放大器，增益大于40dB，将射频信号功率放大至10W；同时功放具备反射驻波自动保护功能和温度保护功能，可以实现对功放模块的状态监控和自动保护功能；高增益天线，采用增益大于37dB的双极化卡塞格伦天线，天线配置了光学瞄准设备，可以实现远距离光学瞄准；工作距离可以达到5公里；喇叭天线组：喇叭天线组由四路角锥喇叭天线组成，每组天线均为增益大于25dB的双极化角锥喇叭天线，且每组天线均配备了光学瞄准设备，可以实现远距离光学瞄准；天线组与主机配合使用可以实现较近距离的多信道空间辐射。

具体的，毫米波雷达信号模拟器功放，将毫米波雷达信号模拟器主机输出的射频信号功率放大至10W。高增益天线采用卡塞格伦天线，实现雷达模拟信号的远距离空间辐射，通过功分模块可以将单信道转换为四路多信道，并经过喇叭天线组，实现四路雷达模拟信号的空间辐射。

本发明可模拟多种体制雷达，包括简单脉冲雷达、无调制连续波、调频连续波、伪码调相连续波、线性调相连续波、分时分集雷达、载频捷变雷达、脉冲压缩雷达(脉内调相或调频)、重频参差雷达、重频抖动雷达和重频滑变雷达等，其中脉内相位调制包括BPSK或QPSK，码型可设；脉内线性调频可按照三角波或锯齿波调频，模拟模拟器数量可配置；模拟信号的脉宽、重频、幅度、调制带宽、调相码型和码速率等可灵活设置；模拟脉冲信号密度最大不低于30万/秒。模拟器的天线扫描形式包括：圆周扫描、圆锥扫描、螺旋扫描、扇扫、边扫描边跟踪和自定义，天线扫描周期、天线扫描波束宽度、天线增益和主副瓣比等可设置。辐射功率不低于10W。

本发明还提供一种毫米波大功率雷达信号的模拟方法，采用上述的模拟器实现，包括以下步骤：

S1，所述稳幅模块对捷变源模块产生的13.5～17.5GHz信号进行2倍频，经滤波之后产生27～35GHz的本振信号；

S2，所述调制模块产生的中频信号和锁相源模块产生的C波段本振信号输出到混频滤波模块，首先两者进行混频得到带有调制信息的射频信号，再经滤波后输出中频信号至稳幅模块，所述中频信号为5GHz的中频信号；

S3，所述步骤S2输出的中频信号与所述步骤S1产生的本振信号进行混频产生32～40GHz的射频信号，然后对所述射频信号进行稳幅控制，后经所述多路滤波器滤波，再经过所述电调衰减器和数控衰减器后经所述调制器，所述混频器输出得到32～40GHz射频信号；

S4，所述步骤S3输出的最终射频信号经所述毫米波雷达信号模拟器功放进行放大后通过所述高增益天线进行单目标输出；

或S5，所述步骤S3输出的最终射频信号至所述功分模块并通过所述喇叭天线组转换为多目标输出。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (4)

1.一种毫米波大功率雷达信号模拟器，其特征在于，包括毫米波雷达信号模拟器功放、高增益天线、喇叭天线组以及含有调制源模块、锁相源模块、混频滤波模块、捷变源模块、稳幅模块和功分模块的毫米波雷达信号模拟器主机；所述调制源模块输出的信号与所述锁相源模块输出的信号分别输入混频滤波模块进行混频滤波后，与所述稳幅模块处理过的所述捷变源模块产生的本振信号在所述稳幅模块中进行混频后分两通道输出；

其中，所述混频滤波模块，用于对调制源模块输出的信号和锁相源模块输出的信号进行混频后滤波，输出5GHz±50MHz的中频信号；

所述捷变源模块具备捷变频功能，产生13.5～17.5GHz的本振信号；

所述稳幅模块包括稳幅控制模块，多路滤波器，电调衰减器，数控衰减器，调制器和混频器；所述稳幅模块对捷变源模块发送的本振信号进行2倍频，经滤波之后产生27～35GHz的本振信号，之后与混频滤波模块发送来的5GHz±50MHz的中频信号进行混频，产生32～40GHz的射频信号，然后对32～40GHz的射频信号进行稳幅控制，后经所述多路滤波器滤波，再经过所述电调衰减器和数控衰减器后经所述调制器，所述混频器输出得到32～40GHz射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波大功率雷达信号模拟器，其特征在于，所述的两通道输出具体指：一种输出为进入所述毫米波雷达信号模拟器功放进行放大后通过所述高增益天线进行单目标输出，另一种输出为进入所述功分模块通过所述喇叭天线组转换为多目标输出。

3.根据权利要求2所述的一种毫米波大功率雷达信号模拟器，其特征在于，所述功分模块用于将主机单路射频输出转换为四路多目标射频输出，且所述喇叭天线组采用四路角锥喇叭天线，与主机四路多目标输出通道配合使用。

4.一种雷达信号的模拟方法，采用权利要求1-3任一项所述的一种毫米波大功率雷达信号模拟器实现，包括以下步骤：

S1，所述稳幅模块对捷变源模块发送的本振信号进行频率变换，然后经滤波产生本振信号；

S2，所述调制模块产生的中频信号和锁相源模块产生的C波段本振信号输出到混频滤波模块，首先两者进行混频得到带有调制信息的射频信号，再经滤波后输出中频信号至稳幅模块；

S3，所述步骤S2输出的中频信号与所述步骤S1产生的本振信号进行混频产生射频信号，然后对所述射频信号进行稳幅控制，后经所述多路滤波器滤波，再经过所述电调衰减器和数控衰减器后经所述调制器，所述混频器输出得到最终射频信号；

S4，所述步骤S3输出的最终射频信号经所述毫米波雷达信号模拟器功放进行放大后通过所述高增益天线进行单目标输出；

或S5，所述步骤S3输出的最终射频信号至所述功分模块并通过所述喇叭天线组转换为多目标输出。

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