CN108490412B - 一种双基地雷达海杂波测量试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双基地雷达海杂波测量试验装置，包括：相隔预设距离的发射站和接收站，发射站包括：发射天线、前端发射机、数据回放器和第一PC机；第一PC机生成第一基带数字信号，数据回放器将第一基带数字信号转换成第一基带模拟信号，前端发射机将第一基带模拟信号上变频至第一射频信号，发射天线将第一射频信号发射到预设海域；接收站包括：接收天线、前端接收机、数据采集器和第二PC机；接收天线接收预设海域的海杂波的第二射频回波；前端接收机将第二射频回波下变频为第二基带模拟信号；数据采集器将第二基带模拟信号转换成第二基带数字信号，发送到第二PC机。该装置可以采集不同海况和不同双基地角条件下的双基地海杂波数据。

Description

一种双基地雷达海杂波测量试验装置

技术领域

本发明涉及雷达杂波测试技术领域，具体涉及一种双基地雷达海杂波测量试验装置。

背景技术

海杂波是指来自于被雷达发射信号照射的一片海面的后向散射波。由于海杂波对来自海面或接近海面的点目标，如航海浮标及漂浮在海上的冰块等目标的雷达回波的可检测性形成严重制约，因此，海杂波的研究对海洋背景中轮船等目标的探测性能具有十分重要的影响，从而具有重要的理论意义和实用价值。

由于缺乏有效实验数据的支撑，国内海杂波理论研究多是仿真计算，海杂波建模精度不高，研究成果的工程实用性较差。实验测量包括岸基测量和机载测量，但是由于缺少观测手段，基于实测数据的研究工作较少，以岸基平台为基础的海杂波长期观测平台以及基于实验数据的海杂波均值模型的适用性研究，都还处于起步阶段。

特别是近年来，分析双基地海杂波特性和进行MTI、非相干杂波图、空-频域联合二维恒虚警处理等杂波抑制算法验证对实测数据的需求日益增加，如何提供一种可以采集不同海况和不同双基地角条件下的双基地海杂波数据的装置成为亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种双基地雷达海杂波测量试验装置，所述装置包括：

发射站和接收站，所述发射站和所述接收站之间相隔预设距离，其中，

所述发射站包括：发射天线、前端发射机、数据回放器和第一PC机；其中，所述第一PC机用于生成所需的第一基带数字信号，并将所述第一基带数字信号发送到所述数据回放器；所述数据回放器用于将所述第一基带数字信号转换成第一基带模拟信号；所述前端发射机用于将所述第一基带模拟信号上变频至第一射频信号，并将所述第一射频信号发送至所述发射天线；所述发射天线用于将所述第一射频信号发射到预设海域，对所述预设海域进行照射；所述发射天线与所述前端发射机通过电缆连接，所述前端发射机与所述数据回放器通过电缆连接，所述数据回放器安插在所述第一PC机上；

所述接收站包括：接收天线、前端接收机、数据采集器和第二PC机；其中，所述接收天线用于接收所述预设海域的海杂波的第二射频回波；所述前端接收机用于将所述第二射频回波下变频为第二基带模拟信号；所述数据采集器用于将所述第二基带模拟信号转换成第二基带数字信号，并将所述第二基带数字信号发送到所述第二PC机；所述第二PC机用于保存所述第二基带数字信号，以供后续研究海杂波特性使用；所述接收天线与所述前端接收机通过电缆连接，所述前端接收机与所述数据采集器通过电缆连接，所述数据采集器安插在所述第二PC机上。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，可以采集不同海况和不同双基地角条件下的双基地海杂波数据，可用来分析双基地海杂波特性和进行MTI、非相干杂波图、空-频域联合二维恒虚警处理等杂波抑制算法验证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置的局部结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置的局部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验场景示意图；

图5是本发明实施例提供的基于PCI-E总线的数据回放器的原理图；

图6是本发明实施例提供的基于PCI-E总线的数据采集器的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置的结构示意图，图4是本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验场景示意图。如图1所示，所述装置包括：发射站1和接收站2，所述发射站1和所述接收站2之间相隔预设距离，其中：

所述发射站1包括：发射天线10、前端发射机11、数据回放器12和第一PC机13；其中，所述第一PC机13用于生成所需的第一基带数字信号，并将所述第一基带数字信号发送到所述数据回放器12；所述数据回放器12用于将所述第一基带数字信号转换成第一基带模拟信号；所述前端发射机11用于将所述第一基带模拟信号上变频至第一射频信号，并将所述第一射频信号发送至所述发射天线10；所述发射天线10用于将所述第一射频信号发射到预设海域，对所述预设海域进行照射；所述发射天线10与所述前端发射机11通过电缆连接，所述前端发射机11与所述数据回放器12通过电缆连接，所述数据回放器12安插在所述第一PC机13上；

所述接收站2包括：接收天线20、前端接收机21、数据采集器22和第二PC机23；其中，所述接收天线20用于接收所述预设海域的海杂波的第二射频回波；所述前端接收机21用于将所述第二射频回波下变频为第二基带模拟信号；所述数据采集器22用于将所述第二基带模拟信号转换成第二基带数字信号，并将所述第二基带数字信号发送到所述第二PC机23；所述第二PC机23用于保存所述第二基带数字信号，以供后续研究海杂波特性使用；所述接收天线20与所述前端接收机21通过电缆连接，所述前端接收机21与所述数据采集器22通过电缆连接，所述数据采集器22安插在所述第二PC机上。

如图4所示，双基地雷达海杂波测量试验场景中，发射站和接收站沿着海岸线近岸布设，发射站和接收站放在一起，可配置成单基地模式，发射站和接收站分分开放置，可以配置成双基地模式，这样可以对比单基地海杂波和双基地海杂波特性。

如图1所示，本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置中，包括发射站1和接收站2，发射站1与接收站2之间相隔预设的距离，构成一种双基地海杂波测量试验装置。其中，发射站1与接收站2之间的预设距离可以根据情况进行具体设定。比如，预设距离可以为300米，也可以为2公里。

发射站1可以包括：发射天线10、前端发射机11、数据回放器12、第一PC机13。

第一PC机13可以按照波形设计算法生成发射所需的基带数据，该基带数据为数字信号，可以记为第一基带数字信号，第一数字基带信号可以包括同相分量I信号和正交分量Q信号，第一数字基带信号的频率较低，通常为几十兆左右。

第一PC机13产生第一基带数字信号之后，可以将其发送到数据回放器12上，数据回放器12可以对第一基带数字信号进行数模转换，将其转换成模拟信号，可以将该模拟信号记为第一基带模拟信号。其中，数据回放器12可以设计成可安插在第一PC机13的PCI-E插槽内的板卡形式，以便安插在所述第一PC机13上。第一基带数字信号可以通过PCI-E总线从第一PC机13快速传输到数据回放器12，比如，第一基带数字信号可以500MB/s的最大速率通过第一PC机13上的PCI-E总线传递至数据回放器12。

数据回放器12得到第一基带模拟信号之后，可以将其发送到前端发射机11。数据回放器12可以与前端发射机11通过电缆连接，第一基带模拟信号可以通过电缆从数据回放器12发送到前端发射机11。前端发射机11可以将第一基带模拟信号进行上变频至射频信号，可以将该射频信号记为第一射频信号，与第一基带模拟信号相比，第一射频的信号对应的频率更高，有利于信号的传输。前端发射机11可以通过电缆与发射天线10连接，并通过电缆将第一射频信号发送到发射天线10。发射天线10可以为带有对准望远镜的喇叭式定向发射天线，接收到第一射频信号之后，发射天线10可以将其发射到预设海域，对预设的海域进行照射。

接收站2可以包括：接收天线20、前端接收机21、数据采集器22和第二PC机23。

接收天线20可以为带有对准望远镜的喇叭式定向接收天线，它可以接收第一射频信号照射的海域的海杂波，可以将该海杂波的信号记为第二射频信号。接收天线10可以通过电缆与前端接收机21连接，将第二射频信号通过电缆发送到前端接收机21。前端接收机21可以将第二射频信号下变频为模拟信号，可以将该模拟信号记为第二基带模拟信号，与第二射频信号相比，第二基带模拟信号的频率较低，并且第二基带模拟信号可以包括：同相分量I信号和正交分量Q信号。

前端接收机21与数据采集器22之间通过电缆连接，前端接收机21可以将第二基带模拟信号通过电缆发送到数据采集器22，数据采集器22可以对第二基带模拟信号进行模数转换，将第二基带模拟信号转换成数字信号，可以将该数字信号记为第二基带数字信号。数据采集器22可以被设计成可安插在第二PC机23的PCI-E插槽内的板卡形式，安插在第二PC机23上，第二基带数字信号可以通过PCI-E总线从数据采集器22快速传输到第二PC机23中。第二PC机23接收到第二数字信号之后，可以将其保存在HDD流盘，以便后续对海杂波特性进行研究时使用。HDD流盘具有较大的存储空间，并且可以与第二PC机23之间进行高速数据传输。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，可以采集不同海况和不同双基地角条件下的双基地海杂波数据，可用来分析双基地海杂波特性和进行MTI、非相干杂波图、空-频域联合二维恒虚警处理等杂波抑制算法验证。

可选地，在上述实施例的基础上，所述发射站包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、第一PC机和第一频率合成器，其中，所述第一频率合成器用于为所述前端发射机提供用于混频的第一本振信号；其中，所述第一本振信号是所述第一频率合成器根据所述第一PC机发送的第一本振设置控制参数生成的；所述第一频率合成器分别与所述前端发射机和所述第一PC机通过电缆连接；

相应地，所述接收站包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、第二PC机和第二频率合成器，其中，所述第二频率合成器用于为所述前端接收机提供用于混频的第二本振信号；其中，所述第二本振信号是所述第二频率合成器根据所述第二PC机发送的第二本振设置控制参数生成的；所述第二频率合成器分别与所述前端接收机和所述第二PC机通过电缆连接。

具体地，上述实施例中所述的发射站可以包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、第一PC机和第一频率合成器。其中，所述发射天线、所述前端发射机、所述数据回放器和所述第一PC机，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

第一频率合成器可以通过电缆与第一PC机连接，第一PC机可以通过电缆向第一频率合成器发送第一本振设置控制参数，第一频率合成器可以根据接收到的第一本振设置控制参数生成不同频点的本振信号，可以将该本振信号记为第一本振信号。第一频率合成器生成的第一本振信号的频率范围可以为：65MHz至6GHz，频率调节精度可以小于1Hz。

第一频率合成器与前端发射机之间通过电缆连接，第一频率合成器可以通过电缆将第一本振信号发送到前端发射机，以供前端发射机根据第一本振信号对第一基带模拟信号进行混频，将其上变频至第一射频信号。

相应地，上述实施例中所述的接收站可以包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、第二PC机和第二频率合成器。其中，所述接收天线、所述前端接收机、所述数据采集器和所述第二PC机，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

第二频率合成器可以通过电缆与第二PC机连接，第二PC机可以通过电缆向第二频率合成器发送第二本振设置控制参数，第二频率合成器可以根据接收到的第二本振设置控制参数生成不同频点的本振信号，可以将生成的本振信号记为第二本振信号。第二频率合成器生成的第二本振信号的频率范围可以为：65MHz至6GHz，频率调节精度可以小于1Hz。

第二频率合成器与前端接收机之间通过电缆连接，第二频率合成器可以通过电缆将第二本振信号发送到前端接收机，以供前端接收机根据第二本振信号对第二射频信号进行混频，将其下变频至第二基带模拟信号。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，通过发射站的第一频率合成器产生用于前端发射机进行混频所需的第一本振信号，通过接收站的第二频率合成器产生用于前端接收机进行混频所需的第二本振信号，使得所述装置更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述发射站包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、第一PC机、第一频率合成器和第一定时同步卡，其中，所述第一定时同步卡用于当所述预设距离小于第一阈值时，接收所述第一频率合成器发送的第一参考时钟信号，并将所述第一参考时钟信号发送到接收站；以及用于接收所述数据回放器发送的同步触发信号，并将所述同步触发信号发送到所述接收站；其中，所述同步触发信号是所述数据回放器接收到所述第一频率合成器发送的所述第一参考时钟信号时产生的，所述第一定时同步卡分别与所述第一频率合成器和所述数据回放器通过电缆连接，所述第一频率合成器与所述数据回放器通过电缆连接；

相应地，所述接收站包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、第二PC机、第二频率合成器和第二定时同步卡，其中，所述第二定时同步卡用于当所述预设距离小于所述第一阈值时，接收所述发射站发送的第一参考时钟信号，并将所述第一参考时钟信号发送到第二频率合成器，以保持所述发射站和所述接收站的频率同步；以及用于接收所述发射站发送的所述同步触发信号，并将所述同步触发信号发送到所述数据采集器，以保持所述发射站和所述接收站的时间同步；其中，所述第二定时同步卡分别与所述第二频率合成器和所述数据采集器通过电缆连接。

具体地，上述实施例中所述的发射站可以包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、第一PC机、第一频率合成器和第一定时同步卡。其中，所述发射天线、所述前端发射机、所述数据回放器、所述第一PC机和所述第一频率合成器，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

相应地，上述实施例中所述的接收站可以包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、第二PC机、第二频率合成器和第二定时同步卡。其中，所述接收天线、所述前端接收机、所述数据采集器、所述第二PC机和所述第二频率合成器，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

当发射站与接收站之间的距离小于第一阈值时，此时发射站和接收站可以采用有线光纤传输参考时钟信号和同步触发信号来实现时间同步和频率同步。比如，第一阈值可以为500米，若发射站与接收站之间的距离为300米，则可以采用有线光纤传输参考时钟信号和同步触发信号的方式，来实现发射站与接收站之间的时间同步和频率同步。

具体地，发射站中的第一频率合成器可以通过电缆分别向第一定时同步卡和数据回放器发送参考时钟信号，可以将该参考时钟信号记为第一参考时钟信号，第一参考时钟信号的频率可以为120MHz。第一定时同步卡接收到第一参考时钟信号之后，可以将第一参考时钟信号通过光纤传输发送到接收站。接收站的第二定时同步卡接收到第一参考时钟信号之后，可以通过电缆将其发送到第二频率合成器，从而可以实现发射站与接收站之间的频率同步。

发射站的数据回放器接收到第一频率合成器发送的第一参考时钟信号之后，可以通过电缆向第一定时同步卡发送同步触发信号。第一定时同步卡接收到同步触发信号之后，可以将同步触发信号通过光纤传输发送到接收站。接收站的第二定时同步卡接收到同步触发信号之后，可以将其通过电缆发送到数据采集器，从而可以实现发射站与接收站之间的时间同步。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，当发射站与接收站之间的距离小于第一阈值时，通过在发射站设置第一定时同步卡和在接收站设置第二定时同步卡，采用有线光纤传输参考时钟信号和同步触发信号来实现时间同步和频率同步，使得所述装置更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述发射站包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、第一PC机、第一频率合成器和第一GPS时钟模块，其中，所述第一GPS时钟模块用于当所述预设距离大于第二阈值时，向所述第一频率合成器发送第二参考时钟信号，以保持所述发射站和所述接收站的频率同步；以及用于向所述数据回放器发送同步脉冲信号，以保持所述发射站和所述接收站的时间同步；所述第一GPS时钟模块分别与所述第一频率合成器和所述数据回放器通过电缆连接；

相应地，所述接收站包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、第二PC机、第二频率合成器和第二GPS时钟模块，其中，所述第二GPS时钟模块用于当所述预设距离大于所述第二阈值时，向所述第二频率合成器发送所述第二参考时钟信号，以保持所述发射站和所述接收站的频率同步；以及用于向所述数据采集器发送所述同步脉冲信号，以保持所述发射站和所述接收站的时间同步；所述第二GPS时钟模块分别与所述第二频率合成器和所述数据采集器通过电缆连接。

具体地，上述实施例中所述的发射站可以包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、第一PC机、第一频率合成器和第一GPS时钟模块。其中，所述发射天线、所述前端发射机、所述数据回放器、所述第一PC机和所述第一频率合成器，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

相应地，上述实施例中所述的接收站可以包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、第二PC机、第二频率合成器和第二GPS时钟模块。其中，所述接收天线、所述前端接收机、所述数据采集器、所述第二PC机和所述第二频率合成器，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

当发射站与接收站之间的距离大于第二阈值时，此时，在发射站与接收站时间布设有线光纤不方便，可以通过在发射站设置第一GPS时钟模块和在接收站设置第二GPS时钟模块的方式，来实现发射站与接收站之间的时间同步和频率同步。比如，第二阈值可以为3公里，若发射站与接收站之间的距离为5公里，则可以通过在发射站设置第一GPS时钟模块和在接收站设置第二GPS时钟模块的方式，来实现发射站与接收站之间的时间同步和频率同步。

具体地，发射站的第一GPS时钟模块可以根据GPS天线从信号源获取信息，根据获取到的信息通过电缆向第一频率合成器发送参考时钟信号，可以将该参考时钟信号记为第二参考时钟信号。接收站的第二GPS时钟模块可以根据GPS天线从相同的信号源获取相同的信息，根据获取到的信息通过电缆向第二频率合成器发送第二参考时钟信号，从而可以实现发射站与接收站之间的频率同步。

发射站的第一GPS时钟模块可以根据获取到的信息通过电缆向数据回放器发送同步脉冲信号，接收站的第二GPS时钟模块也可以根据获取到的信息通过电缆向数据采集器发送相同的同步脉冲信号，从而可以实现发射站与接收站之间的时间同步。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，当发射站与接收站之间的距离大于第二阈值时，通过在发射站设置第一GPS时钟模块和在接收站设置第二GPS时钟模块实现发射站和接收站之间的时间同步和频率同步，使得所述装置更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述第一GPS时钟模块还用于：将所述发射站的位置数据发送至所述第一PC机，以供所述第一PC机解算所述发射站与所述接收站之间的双基地角；其中，所述双基地角用于研究海杂波的特性，所述第一GPS时钟模块与所述第一PC机通过电缆连接；

相应地，所述第二GPS时钟模块还用于：

将所述接收站的位置数据发送至所述第二PC机，以供所述第二PC机解算所述发射站与所述接收站之间的双基地角；所述第二GPS时钟模块与所述第二PC机通过电缆连接。

具体地，上述实施例中所述的第一GPS时钟模块还可以将发射站的位置数据通过电缆发送到第一PC机，比如第一GPS时钟模块可以通过电缆将发射站的GPS位置数据发送到第一PC机，第一PC机可以根据发射站的位置数据计算出发射站与接收站之间的双基地角。在分析海杂波的特性时，双基地角是一个非常重要的参数，在后续研究中，可以利用计算得到的双基地角分析海杂波的特性。

相应地，上述实施例中所述的第二GPS时钟模块还可以通过电缆将接收站的位置数据发送到第二PC机，比如，第二GPS时钟模块可以通过电缆将接收站的GPS位置数据发送到第二PC机，第二PC机可以根据接收站的位置数据计算出发射站与接收站之间的双基地角，以便在后续研究中，利用计算得到的双基地角，分析海杂波的特性。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，通过第一GPS时钟模块将发射站的位置数据发送到第一PC机，第二GPS时钟模块将接收站的位置数据发送到第二PC机，使得第一PC机和第二PC机根据接收到的位置数据计算出发射站和接收站之间的双基地角，以便在后续研究中，利用计算得到的双基地角分析海杂波的特性，这使得所述装置更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述第一PC机包括：

用户交互界面，用于设置基带信号参数；

波形设计模块，用于根据所述基带信号参数，生成所述第一基带数字信号。

可选地，在上述实施例的基础上，所述第一基带数字信号包括：单脉冲信号、线性调频信号、编码调频信号和连续波信号。

具体地，上述实施例中所述的第一PC机可以包括用户交互界面和波形设计模块。其中，用户交互界面可以根据用户的需求，设置基带信号参数，并将设置好的基带信号参数发送到波形设计模块，波形设计模块可以根据接收到的基带信号参数，按照波形设计算法，生成相应的基带信号，即上述实施例中所述的第一基带数字信号。

第一基带数字信号可以包括：单脉冲信号、线性调频信号、相位编码调制信号和连续波信号。若第一基带数字信号为单脉冲信号，用户交互界面可以根据用户的需求设置：脉冲宽度PW(时宽)、脉冲重复频率PRF、发射功率和载波频率等参数，其中，载波频率的可设置范围为：85MHz～6GHz。若第一基带数字信号为线性调频信号，则用户交互界面可以根据用户的需求设置：线性调频带宽B、线性调频时宽τ、脉冲重复频率PRF、发射功率和载波频率等参数，其中，调频带宽B的最大值可以为100MHz。若第一基带数字信号为相位编码(PSK)调制信号，则用户交互界面可以根据用户的需求设置：调制带宽B、伪随机码序列M(最高支持256)、调制时宽τ、发射功率、载波频率(85MHz～6GHz)等参数，其中，调频带宽B的最大值可以为100MHz。

本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置，通过用户交互界面设置基带信号参数，波形设计模块根据所述基带信号参数，生成所述第一基带数字信号，使得所述装置更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述前端发射机包括：

单级直接转换上变频器，用于将所述第一基带模拟信号上变频至所述第一射频信号；其中，所述第一射频信号的频率为预设的本振信号的频率。

具体地，上述实施例中所述的前端发射机可以包括1个单级直接转换上变频器，该单级直接转换上变频器可以将第一基带模拟信号上变频第一射频信号，第一射频信号的频率可以为预设的本振信号的频率。该架构在实现宽瞬时带宽的同时，可确保高效的镜频抑制以及本振泄漏最小。

接下来，以一个具体的实施例详细描述本发明实施例提供的技术方案。

图2是本发明实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置的局部结构示意图，图3是本发明另一实施例提供的双基地雷达海杂波测量试验装置的局部结构示意图。本发明实施例提供一种双基地雷达海杂波测量试验装置，该装置可以包括：发射站和接收站，发射站与接收站相隔预设距离，构成双基地雷达海杂波测量试验装置。

如图2所示，发射站可以包括：发射天线、前端发射机、数据回放器、PC机(可以记为第一PC机)、频率合成器(可以记为第一频率合成器)、定时同步卡(可以记为第一定时同步卡)和GPS时钟模块(可以记为第一GPS时钟模块)。

如图3所示，接收站可以包括：接收天线、前端接收机、数据采集器、PC机(可以记为第二PC机)、频率合成器(可以记为第二频率合成器)、定时同步卡(可以记为第二定时同步卡)和GPS时钟模块(可以记为第二GPS时钟模块)。

第一PC机可以按照波形设计算法生成发射所需的基带数据，可以记为第一基带数字信号，第一PC机产生第一基带数字信号之后，可以将其通过PCI-E总线发送到数据回放器，数据回放器可以将第一基带数字信号转换成模拟信号，可以将该模拟信号记为第一基带模拟信号。数据回放器得到第一基带模拟信号之后，可以通过电缆将其发送到前端发射机。前端发射机可以将第一基带模拟信号进行上变频至射频信号，可以将该射频信号记为第一射频信号，然后通过电缆将第一射频信号发送到发射天线。发射天线可以为喇叭式定向发射天线，发射天线接收到第一射频信号之后，可以将其发射到预设海域，对预设海域进行照射。

第一频率合成器可以通过电缆接收第一PC机发送的第一本振设置控制参数，并根据接收到的第一本振设置控制参数生成不同频点的本振信号，可以将该本振信号记为第一本振信号，然后通过电缆将第一本振信号发送到前端发射机，以供前端发射机根据第一本振信号对第一基带模拟信号进行混频，将其上变频至第一射频信号。

接收天线可以为喇叭式定向接收天线，它可以接收第一射频信号照射的海域的海杂波，可以将海杂波的信号记为第二射频信号。接收天线可以通过电缆将第二射频信号通过电缆发送到前端接收机。前端接收机可以将第二射频信号下变频为模拟信号，可以将该模拟信号记为第二基带模拟信号，然后通过电缆将第二基带模拟信号发送到数据采集器，数据采集器可以对第二基带模拟信号进行模数转换，将第二基带模拟信号转换成数字信号，可以将该数字信号记为第二基带数字信号，然后将第二基带数字信号通过PCI-E总线传输到第二PC机中。第二PC机接收到第二数字信号之后，可以将其保存在HDD流盘，以便后续对海杂波特性进行研究时使用。

第二频率合成器可以通过电缆接收第二PC机发送的第二本振设置控制参数，并根据接收到的第二本振设置控制参数生成不同频点的本振信号，可以将该本振信号记为第二本振信号。第二频率合成器生成第二本振信号之后，可以将其通过电缆发送到前端接收机，以供前端接收机根据第二本振信号对第二射频信号进行混频，将其下变频至第二基带模拟信号。

当发射站与接收站之间的距离小于第一阈值时，比如，发射站与接收站之间的距离在几百米以内，此时发射站和接收站可以采用有线光纤传输参考时钟信号和同步触发信号来实现时间同步和频率同步。具体地，发射站中的第一频率合成器可以通过电缆分别向第一定时同步卡和数据回放器发送参考时钟信号，可以将该参考时钟信号记为第一参考时钟信号。第一定时同步卡接收到第一参考时钟信号之后，可以将第一参考时钟信号通过光纤传输发送到接收站。接收站的第二定时同步卡接收到第一参考时钟信号之后，可以通过电缆将其发送到第二频率合成器，从而可以实现发射站与接收站之间的频率同步。发射站的数据回放器接收到第一频率合成器发送的第一参考时钟信号之后，可以通过电缆向第一定时同步卡发送同步触发信号。第一定时同步卡接收到同步触发信号之后，可以将同步触发信号通过光纤传输发送到接收站。接收站的第二定时同步卡接收到同步触发信号之后，可以将其通过电缆发送到数据采集器，从而可以实现发射站与接收站之间的时间同步。

当发射站与接收站之间的距离大于第二阈值时，比如，发射站与接收站之间的距离在如数公里以外，此时，在发射站与接收站时间布设有线光纤不方便，可以通过在发射站设置第一GPS时钟模块和在接收站设置第二GPS时钟模块的方式，来实现发射站与接收站之间的时间同步和频率同步。具体地，发射站的第一GPS时钟模块可以根据GPS天线从信号源获取信息，根据获取到的信息通过电缆向第一频率合成器发送参考时钟信号，可以将该参考时钟信号记为第二参考时钟信号。接收站的第二GPS时钟模块可以根据GPS天线从相同的信号源获取相同的信息，根据获取到的信息通过电缆向第二频率合成器发送第二参考时钟信号，从而可以实现发射站与接收站之间的频率同步。

发射站的第一GPS时钟模块可以根据获取到的信息通过电缆向数据回放器发送同步脉冲信号，接收站的第二GPS时钟模块可以根据获取到的信息通过电缆向数据采集器发送相同的同步脉冲信号，从而可以实现发射站与接收站之间的时间同步。

图5是本发明实施例提供的基于PCI-E总线的数据回放器的原理图，图6是本发明实施例提供的基于PCI-E总线的数据采集器的原理图。如图5所示，数据回放器设计成可安插在PC机PCI-E插槽内的板卡形式，可实现对I/Q基带数据的模拟输出，计算好的数据可通过PCI-E总线快速传输到板卡上，并通过PCI-E接口实现对DAC的配置，产生所希望的波形，板内配置可开发的FPGA-JTAG调试口。上位机从硬盘中依次顺序读取波形数据文件，不断连续写入数据回放器板载缓存，然后数据回放器上FPGA对板载缓存数据进行高速连续播放。

数据回放器输出的信号可以包括：(1)同步触发信号：数据回放器根据PC机发送的数据回放控制参数和命令(触发脉冲宽度、触发脉冲重复周期等参数和启动数据回放等命令)，产生TTL电平的同步触发信号，并发送至定时同步卡，并经过有线光纤传输至接收站，以保持和接收站的时间同步。(2)I/Q基带模拟信号：计算机中事先存有大量I/Q基带数据，I/Q基带数据由PC机根据波形设计算法产生，数据文件大小每个4GBytes，多个文件可连续拼接存储，数据依次连续播放。上位机从硬盘中依次顺序读取波形数据文件，不断连续写入数据回放器板载缓存，然后数据回放器上FPGA对板载缓存数据进行高速连续播放，并经过双路DAC实时对I/Q基带数据流进行数模转换，生成I/Q基带模拟信号。

如图6所示，数据采集器也设计成可安插在PC机PCI-E插槽内的板卡形式，可实现对I/Q基带信号的数字化，得到I和Q数据流，I和Q数据流传输到PC机中，并被实时记录于HDD流盘，以便事后处理。

待采集的I/Q基带模拟信号经过信号调理放大到合适的电平范围，送入到两片工作在交叉采样模式下的A/D转换器，转换后I/Q数字信号直接送入FPGA中，并在FPGA内部进行乒乓数据缓冲，即首先将I/Q数据流存储与于FPGA内部A路FIFO存储器中，当A路FIFO存储器存满后，数据立即转存于FPGA内部B路FIFO存储器，同时启动数据上传操作，将A路FIFO存储器的数据通过PCI-E总线以DMA方式上传至PC机中；当B路FIFO存储器存满后，数据立即转存于A路FIFO存储器，同时也启动B路FIFO存储器的上传操作，如此反复循环。由于PCI-E接口传输速率大于信号采集速率，因此可以保证数据的连续传输不丢失。

数据采集器工作最高采样频率为200MHz，基本满足大多数试验数据的采集，可根据实际需要重新配置FPGA来对A/D的采样时钟进行设置。A/D的结果扩展为16位，高14位是A/D转换结果，次低位置0，最低位为溢出标志。图中FPGA主要接收来自PCI-E的控制命令，完成数据采集的波门控制、数据缓冲、数据分发和PCI-E接口等任务。

FPGA任务划分包括：根据PC机通过PCI-E总线发送的采集参数(包括采样率设置、数据来源、触发方式、触发抽取方式、采样波门参数、数据存储方式以及采集起始命令等)来完成对海杂波试验数据的采样波门控制，将采集数据配置为16bit，并将每次触发后采集的数据添加24个16bit的头信息。然后交替送入FIFO A和FIFOB。FPGA芯片内部集成了PCI-E的IP硬核模块，实现x4通道的PCI-E接口，IP核采用分层结构，即分别为物理层、数据链路层、传输层和用户应用层。经实际测试，此数据采集器PCI-E总线DMA传输速率超过500MB/s，相比普通PCI总线的采集板不到100M B/s的传输速率，该数据采集器具有明显的优势。

双基地雷达试验系统雷达回波数据采集需要完成雷达回波信号接收，下变频产生基带I/Q数据，如果发射是线性调频信号或者相位编码调制信号，完成各自对应的脉压处理。采集的内容包括：转台方位信息：信号接收时需要将转台的方位信息同时接收回来，附加在回波上，送往上位机进行方位指示；回波采集：支持双基地雷达系统处理回波的I/Q数据，包络数据的采集存储，能以单精度浮点的格式写入SSD磁盘上的txt文件，方便Matlab导入，同时支持用户自定义格式数据存储；海杂波采集：利用事先设定好的场景配置成双基地模式，对指定海域的海杂波进行采集，并以单精度浮点的格式写入SSD磁盘上的txt文件，方便Matlab导入，同时支持用户自定义格式数据存储。

海杂波采集场景布设指示功能：能根据海杂波采集区域点的经纬度及海拔、双基地模式下发射站和接收站所在的经纬度及海拔信息，再根据设置的双基地角β，计算出双基地雷达采集海杂波时发射站和接收站天线相对于真北方向的天线指向，配合转台的角度指示功能，可快速布设海杂波采集试验场景。

本发明专利主要涉及的技术点有以下几个方面：UI采集配置界面，用于对采集回波类型，AD采集速率，采集雷达相关回波参数，采集时间，采集数据存储路径以及数据文件格式进行设置；FPGA实时信号采集，接收上位机配置参数，并将AD采样速率，时钟源选择等硬件相关参数配置到对应的硬件部分，待配置生效后进行数据采集，采集触发的方式可以选着软件触发也可选择外部脉冲触发，同时通过串口协议总线接收来自转台的角度信息，并将角度信息附加载雷达回波之前，将组合角度信息的数据按照预定的数据格式通过总线传递至SSD磁盘存储起来；采集数据缓冲技术，使用DMA传输技术确保数据准确无误的存入磁盘，在采集过程中支持数据片段实时查看，在采集完成后支持完整数据的离线回放；场景布设，采用望远镜辅助定位参考目标的方式，在采集软件端，可根据收发设备和目标的经纬度以及高度信息转换到同一坐标系下解算三角形采集区域，给出发射站和接收站天线相对于真北方向应该摆放的角度，同时使用望远镜辅助定位参考目标，当目标同时出现在发射站和接收站的望远镜中心视线上时，认为采集海域锁定，移除参考目标，开始海杂波采集。场景布设中的双站方位同步，即发射站和接收站天线波束同时照射同一片观测海域，采用软件初步解算天线摆放角度和望远镜辅助定位参考目标的方式。

在采集软件端，可根据收发设备和目标的经纬度以及高度信息转换到同一坐标系下解算三角形采集区域，再根据设置的双基地角β，可解算出发射站和接收站天线相对于真北方向应该摆放的角度，同时使用望远镜辅助定位参考目标，当目标同时出现在发射站和接收站的望远镜中心视线上时，认为采集海域锁定，移除参考目标，开始海杂波采集。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双基地雷达海杂波测量试验装置，其特征在于，包括：发射站和接收站，所述发射站和所述接收站之间相隔预设距离，其中，

所述发射站包括：发射天线、前端发射机、数据回放器和第一PC机，第一定时同步卡，第一频率合成器；其中，所述第一PC机用于生成所需的第一基带数字信号，并将所述第一基带数字信号发送到所述数据回放器；所述数据回放器用于将所述第一基带数字信号转换成第一基带模拟信号；所述前端发射机用于将所述第一基带模拟信号上变频至第一射频信号，并将所述第一射频信号发送至所述发射天线；所述发射天线用于将所述第一射频信号发射到预设海域，对所述预设海域进行照射；当所述预设距离小于第一阈值时，所述第一定时同步卡接收所述第一频率合成器发送的第一参考时钟信号，并将所述第一参考时钟信号发送到接收站；所述发射天线与所述前端发射机通过电缆连接，所述前端发射机与所述数据回放器通过电缆连接，所述数据回放器安插在所述第一PC机上；

所述接收站包括：接收天线、前端接收机、数据采集器和第二PC机，第二定时同步卡，第二频率合成器；其中，所述接收天线用于接收所述预设海域的海杂波的第二射频回波；所述前端接收机用于将所述第二射频回波下变频为第二基带模拟信号；所述数据采集器用于将所述第二基带模拟信号转换成第二基带数字信号，并将所述第二基带数字信号发送到所述第二PC机；所述第二PC机用于保存所述第二基带数字信号，以供后续研究海杂波特性使用；当所述预设距离小于所述第一阈值时，所述第二定时同步卡接收所述发射站发送的第一参考时钟信号，并将所述第一参考时钟信号发送到第二频率合成器；所述接收天线与所述前端接收机通过电缆连接，所述前端接收机与所述数据采集器通过电缆连接，所述数据采集器安插在所述第二PC机上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一频率合成器，用于为所述前端发射机提供用于混频的第一本振信号；其中，所述第一本振信号是所述第一频率合成器根据所述第一PC机发送的第一本振设置控制参数生成的；所述第一频率合成器分别与所述前端发射机和所述第一PC机通过电缆连接；

所述第二频率合成器，用于为所述前端接收机提供用于混频的第二本振信号；其中，所述第二本振信号是所述第二频率合成器根据所述第二PC机发送的第二本振设置控制参数生成的；所述第二频率合成器分别与所述前端接收机和所述第二PC机通过电缆连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一定时同步卡，还用于接收所述数据回放器发送的同步触发信号，并将所述同步触发信号发送到所述接收站；其中，所述同步触发信号是所述数据回放器接收到所述第一频率合成器发送的所述第一参考时钟信号时产生的，所述第一定时同步卡分别与所述第一频率合成器和所述数据回放器通过电缆连接，所述第一频率合成器与所述数据回放器通过电缆连接；

所述第二定时同步卡，还用于接收所述发射站发送的所述同步触发信号，并将所述同步触发信号发送到所述数据采集器，以保持所述发射站和所述接收站的时间同步；其中，所述第二定时同步卡分别与所述第二频率合成器和所述数据采集器通过电缆连接。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发射站还包括：

第一GPS时钟模块，用于当所述预设距离大于第二阈值时，向所述第一频率合成器发送第二参考时钟信号，以保持所述发射站和所述接收站的频率同步；以及用于向所述数据回放器发送同步脉冲信号，以保持所述发射站和所述接收站的时间同步；所述第一GPS时钟模块分别与所述第一频率合成器和所述数据回放器通过电缆连接；

相应地，所述接收站还包括：

第二GPS时钟模块，用于当所述预设距离大于所述第二阈值时，向所述第二频率合成器发送所述第二参考时钟信号，以保持所述发射站和所述接收站的频率同步；以及用于向所述数据采集器发送所述同步脉冲信号，以保持所述发射站和所述接收站的时间同步；所述第二GPS时钟模块分别与所述第二频率合成器和所述数据采集器通过电缆连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一GPS时钟模块还用于：

将所述发射站的位置数据发送至所述第一PC机，以供所述第一PC机解算所述发射站与所述接收站之间的双基地角；其中，所述双基地角用于研究海杂波的特性，所述第一GPS时钟模块与所述第一PC机通过电缆连接；

相应地，所述第二GPS时钟模块还用于：

将所述接收站的位置数据发送至所述第二PC机，以供所述第二PC机解算所述发射站与所述接收站之间的双基地角；所述第二GPS时钟模块与所述第二PC机通过电缆连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一PC机包括：

用户交互界面，用于设置基带信号参数；

波形设计模块，用于根据所述基带信号参数，生成所述第一基带数字信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，所述第一基带数字信号包括：单脉冲信号、线性调频信号、编码调频信号和连续波信号。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前端发射机包括：

单级直接转换上变频器，用于将所述第一基带模拟信号上变频至所述第一射频信号；其中，所述第一射频信号的频率为预设的本振信号的频率。

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