CN109001697B - 一种多目标雷达回波模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多目标雷达回波模拟器，涉及雷达领域。该模拟器硬件部分包括1台CPCI主控计算机和一系列CPCI插卡。共有七类插卡：PCI控制卡、目标产生卡(简称目标产生卡)、杂波与噪声产生卡(简称杂波与噪声产生卡)、中频合成卡(简称中频合成卡)、采集分析卡(简称采集分析卡)、时序分配卡(简称时序分配卡)、自定义总线板(简称自定义总线板)；主控计算机通过CPCI总线与各个板卡连接，各个板卡之间通过自定义总线板传递数据和时序信号。参数配置的软件部分由C++实现。该方法实现简单、成本低廉、性能优异，具有实时性强、模拟信号逼真、通用性相对较好等优点。

Description

一种多目标雷达回波模拟器

技术领域

本发明涉及雷达领域，可以逼真地模拟实际中难以实现的、各种各样的物理场景下的雷达回波信号，主要用于雷达调试和性能测试。

背景技术

随着现代雷达技术的发展，雷达的工作频段从单一的波段扩展到整个微波频段，雷达的工作体制也从简单的脉冲制雷达发展到脉冲多普勒雷达和脉压等新体制全相参雷达。脉冲多普勒雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的全相参体制的雷达，它是为了解决机载下视雷达强地杂波干扰的问题而研制的，它通常工作在较高的脉冲频率上，同时具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，主要组成包括天线、发射机、接收机、信号处理机和数据处理机、终端显示器等。脉冲多普勒雷达的回波中包含了幅度、相位、频移和时延等大量信息，这为脉冲多普勒雷达性能的提高、应用领域的扩展提供了条件。因此脉冲多普勒雷达同常规脉冲雷达的主要区别在于脉冲多普勒雷达利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，可以从很强的地物杂波背景中检测出目标回波，并能精确测速。现代雷达中目标速度的跟踪就是跟踪目标相对于雷达径向运动所产生的多普勒频率。但雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，还包括测量目标的速度以及其他有关目标的信息。由于雷达发射的信号本身并不包含任何信息，只有当雷达发射的信号碰到目标后，目标对这个信号进行调制并反射(反射信号称为回波)，此时的回波中才包含目标的信息，对回波进行处理就可得到有关目标的信息。

在现代雷达系统的研制和调试过程中，对雷达性能和指标的测试是一个重要的环节。如果雷达的整机调试和性能鉴定都采用外场试飞，即用真实目标如飞机给雷达提供测试信号，不仅要花费大量的人力、物力和财力，而且也使研制周期加长在某些情况下如恶劣天气甚至是不可能实现的，雷达模拟器的研发是一项极具挑战性的工作，涉及到。因此，人们采用了雷达目标模拟技术，它是系统模拟技术、雷达系统技术、信号建模技术、现代仿真技术、实时信号处理技术等多领域相结合的产物，雷达目标模拟技术模拟的对象是雷达的目标和环境，模拟的结果是复现蕴含雷达目标及目标环境信息的雷达回波信号。模拟的手段多种多样。模拟技术广泛用于对雷达某分系统的调试、性能评价、雷达前端不具备的条件下对系统后级进行分析调试以及对雷达整机性能和指标的检验。

发明内容

为了解决现有技术中回拨模拟器分辨率低、成本高、性能低的问题，本发明改进设计了一种多目标雷达回波模拟器。

本发明技术方案为一种多目标雷达回波模拟器，该模拟器包括：主控计算机、PCI控制卡、目标产生卡、杂波与噪声产生卡、中频合成卡、采集分析卡、时序分配卡、自定义总线板；主控计算机通过CPCI总线与PCI控制卡、目标产生卡、杂波与噪声产生卡、采集分析卡、时序分配卡连接，自定义总线板与PCI控制卡、目标产生卡、杂波与噪声产生卡、采集分析卡、时序分配卡采用LVDS接口标准连接，目标产生卡、杂波与噪声产生卡采用LVDS接口标准与中频合成卡连接，中频合成卡根据目标产生卡、杂波与噪声产生卡的数据合成模拟的雷达回波并输出，采集分析卡采集中频合成卡的输出信号，所述雷达时序通过时序分配卡输入该雷达回波模拟器，所述目标产生卡包括多块目标卡，每块目标卡产生一个模拟目标的数据。

进一步的，所述PCI控制卡包括：CPIC总线结构电路模块、PCI接口模块、信号波形配置参数下发模块、时序产生器、目标运行参数计算模块、波束内目标选择模块、选中目标运行参数查找模块、目标参数下发模块；所述时序产生器采用LVDS接口标准接收时序信号；目标运行参数计算模块、波束内目标选择模块、选中目标运行参数查找模块、目标参数下发模块采用LVDS接口标准接收波束指向信息和时序产生器的时序信息；所述目标运行参数计算模块的输出连接波束内目标选择模块的输入，波束内目标选择模块的输出连接选中目标运行参数查找模块的输入，选中目标运行参数查找模块的输出连接目标参数下发模块的输入，目标参数下发模块的输出输入给CPIC总线结构电路模块；所述目标运行参数计算模块通过PCI接口模块从CPIC总线结构电路模块获取数据；所述信号波形和配置参数下发模块通过PCI接口模块从CPIC总线结构电路模块获取数据，然后通过CPIC总线结构电路模块下发。

进一步的，所述目标卡包括：CPCI接口电路、延迟与时序产生器、任意波形产生器、数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块、幅度粗调模块，所述迟与时序产生器、任意波形产生器、数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块通过CPCI接口电路获得数据；所述延迟与时序产生器从时序分配卡处获得延迟与时序数据，然后再讲时序和延迟数据传输给任意波形产生器、数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块；所述任意波形产生器产生某一波形，然后依次经过数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块、幅度粗调模块的处理后输出模拟目标信号。

进一步的，所述杂波与噪声产生卡包括：时序产生电路、CPCI接口及控制电路、杂波产生电路、噪声产生电路、功率合成模块；所述杂波产生电路首先由杂波产生器产生某一杂波，然后依次经过任意波形产生模块、多普勒平移模块、幅度精调模块、数字上变频模块、数模转换模块、幅度粗调模块的处理后输出给功率合成模块；所述噪声产生电路首先由噪声产生器产生某一噪声信号，然后依次经过限带滤波器、幅度精调模块、数字上变频模块、数模转换模块、幅度粗调模块的处理后输出给功率合成模块；所述时序产生电路接收时序分配卡的时序数据后再分配给杂波产生电路和噪声产生电路中的每一给模块，所述CPCI接口及控制电路连接波产生电路和噪声产生电路中每一个模块；所述功率合成器合成杂波产生电路和噪声产生电路输出的信号进行输出。

进一步的，所述中频合成卡包括：功率合成模块、和通道滤波器、方位差通道滤波器、俯仰差通道滤波器，所述功率合成模块将杂波与噪声产生卡和各目标卡的输出数据进行功率合成后分别并行通过和通道滤波器、方位差通道滤波器、俯仰差通道滤波器的处理后输出。

进一步的，所述采集分析卡包括：时序产生电路、模数转换模块、数字下变频模块、大容量存储器、CPCI接口与控制电路；所述时序产生电路接收时序分配卡的输出数据后再将时序数据分配给模数转换模块、数字下变频模块、大容量存储器，所述采集到的模拟信号依次经过模数转换模块、数字下变频模块后存储到大容量存储器中，大容量存储区通过CPCI接口与控制电路与CPCI总线连接。

其中，PCI控制卡，根据软件下发的目标运动参数，实时进行最多24个目标运动轨迹的并行计算，并实时更新目标的延时、多普勒频率、运动速度、方位角度、俯仰角度距离衰减、天线衰减、起伏衰减等运行参数；根据雷达送过来的实时波束指向数据、设置的天线方向图宽度、目标当前位置，选中在波束照射范围内的目标。

其中，时序分配卡，时序信号则采用RS422信号传输，板卡之间的连接根据信号不同采用不同的方法，模拟信号采用SMA在外部通过电缆连接，数字信号则通过专门接口连接。

其中，目标产生卡，根据PCI控制卡送过来的目标参数产生指定延时、波形、多普勒调制目标基带信号；根据和、方位差、俯仰差三通道之间的幅度关系和起伏衰减、距离衰减、固定设置衰减的情况完成和、方位差、俯仰差三通道信号的幅度调制。

其中，杂波产生卡，产生一个全程、近程、中程或远程脉冲的杂波信号；杂波幅度分布为瑞利分布或韦伯尔分布；谱分布为高斯谱、平方谱或立方谱。

本发明回波模拟器实现简单、成本低廉、性能优异，具有实时性强、模拟信号逼真、通用性相对较好等一系列优点。

附图说明

图1是本发明的模拟器的原理框图；

图2是PCI控制板原理框图；

图3是时序分配卡原理框图；

图4是目标产生卡原理框图；

图5是杂波产生卡原理框图；

图6是中频合成卡原理框图；

图7是采集分析卡原理框图。

具体实施方式

以实施例来详细说明本发明的实施方式，以便对如何应用本发明技术手段来解决技术问题有更加深刻的理解，以期达到良好地解决实际问题目的，并据以实施。

上位机设置好各个板卡的初始化和配置参数。参数配置主要包括(1)雷达参数、目标参数、杂波和噪声参数。

雷达参数的具体配置为：(a)雷达射频中心频率：在L、C、X、Ku频段范围内根据实际情况选择其中之一。(b)信号波形：发射脉冲形式：全程单脉冲、近远程双脉冲、近中远程三脉冲；脉冲调制方式：二相编码/线性调频；二相编码长度范围：≤2047；二相编码码型：以文件形式加载；子脉冲形式：简单脉冲、线性调频；子脉冲宽度范围：50ns—4us，步长12.5ns；子脉冲调频带宽：≤20MHz；线性调频脉冲宽度范围：≤100us，步长12.5ns；帧长范围：4—1024，时序决定；重频：帧间参差(时序决定)；(c)通道数：3通道(和、方位差、俯仰差信号)。(d)方向图：文件形式加载。(e)中频频率：60/70MHz。

目标参数的具体配置为：(a)目标数量：24个。(b)波束内目标最大个数：≤3-6个。(c)目标起伏类型：不起伏、施威林起伏1、2、3、4型。(d)目标幅度模拟模式：静态、动态两种(静态为不关联，动态为关联)，初值/常数值可设置；(e)目标运动轨迹；匀速、匀加速运动；起始坐标可预置；往复方式可预置；初始速度、最大与最小速度可预置；加速度可预置。(f)目标动态范围：100dB，最大输出功率0dBm(g)目标延时范围：≤PRI(h)多普勒范围：-200KHz-200KHz(i)多普勒分辨力：1Hz(j)幅度精度：1dB。

杂波和噪声参数的具体配置为：(a)杂波幅度统计分布类型：瑞利分布、韦伯尔分布；(b)杂波功率谱类型：高斯谱、平方谱、立方谱；(c)杂波功率谱参数：可预置；(d)杂波中心频率：可预置；(e)杂波区域：可预置，一定距离、方位、俯仰范围内的规则几何体(非全程单脉冲时，只对一个脉冲产生杂波)；(f)杂波动态范围：80dB。(g)杂波最大功率：0dBm。(h)噪声模型：限带高斯白噪声；(i)噪声功率范围：-80-0dBm。

将上述上位机设置的参数下发给PCI板卡，PCI板卡通过自定义总线将有关参数转发给相应的板卡。而且有关板卡也将数据处理结果反馈给PCI板卡，进而PCI板卡可以实时进行目标(最多24个)运动轨迹的并行计算，并实时更新目标的延时、多普勒频率、运动速度、方位角度、俯仰角度距离衰减、天线衰减、起伏衰减等运行参数。

时序分配卡接收雷达相参时钟、雷达发射同步、重频同步、帧同步、波束指向时序信号并分配到各相关板卡。

目标产生卡根据PCI控制卡送过来的目标参数产生指定延时、波形、多普勒调制目标基带信号，通过载波信号把基带信号上变频到中频。根据和、方位差、俯仰差三通道之间的幅度关系和起伏衰减、距离衰减、固定设置衰减的情况完成和、方位差、俯仰差三通道信号的幅度调制。任意波形产生电路在Sync信号的触发下，产生延迟后的目标信号，由多普勒移频器对目标进行多普勒频率调制，同时还进行60MHz/70MHz载频调制，实现60MHz/70MHz中频输出。目标的幅度调制由数字幅度精调和模拟幅度粗调两部分完成，这样可同时兼顾目标幅度精确调制和大动态范围。最后输出载频为60MHz/70MHz的和、方位差、俯仰差三通道的模拟中频信号。信号带宽≤20MHz，采用60MHz中频时，信号频谱范围为50MHz—70MHz。当采用70MHz中频时，信号带宽应≤10MHz，频谱范围为65MHz—75MHz，因此目标产生卡上滤波器频带范围拟至少包括50MHz—75MHz，同时为了保证信号质量，应有足够的采样率，本方案中，数字上变频的输出采样率设计为640MHz，相应地D/A采用1GSPS的高速器件，保证模拟信号在一个周期内至少有8个采样点。

杂波产生卡根据PCI控制卡送过来的杂波参数产生一个脉冲(全程、近程、中程或远程脉冲)的杂波、限带白噪声基带信号，杂波幅度分布设为瑞利分布(或韦伯尔分布)；谱分布可设为高斯谱(或平方谱、立方谱)；幅度分布(或谱分布)。产生基带信号，将基带信号上变频到中频。并将数字中频信号转换为模拟信号，根据起伏衰减、距离衰减、固定设置衰减的情况完成幅度调制

中频合成卡目标与杂波(含噪声)和差3路中频信号功率合成3路目标信号分别为和、方位差、俯仰差信号；3路杂波(含噪声)信号完全相同，中频滤波：60MHz中频时通带范围为50—70MHz；70MHz中频时通带范围为65—75MHz。模拟器输出到雷达的三通道信号全部通过中频合成卡给出，采用SMA连接器连接。

采集分析卡采样频率为80MHz，只对和路和一路差信号共两路信号进行采集，大容量存储器可存储最多1024个PRI(1帧)的数据、数据最后由计算机软件进行处理、统计、分析。

Claims (9)

1.一种多目标雷达回波模拟器，该模拟器包括：主控计算机、PCI控制卡、目标产生卡、杂波与噪声产生卡、中频合成卡、采集分析卡、时序分配卡、自定义总线板；主控计算机通过CPCI总线与PCI控制卡、目标产生卡、杂波与噪声产生卡、采集分析卡、时序分配卡连接，自定义总线板与PCI控制卡、目标产生卡、杂波与噪声产生卡、采集分析卡、时序分配卡采用LVDS接口标准连接，目标产生卡、杂波与噪声产生卡采用LVDS接口标准与中频合成卡连接，中频合成卡根据目标产生卡、杂波与噪声产生卡的数据合成模拟的雷达回波并输出，采集分析卡采集中频合成卡的输出信号，所述雷达时序通过时序分配卡输入该雷达回波模拟器，所述目标产生卡包括多块目标卡，每块目标卡产生一个模拟目标的数据；

所述PCI控制卡包括：CPCI总线结构电路模块、PCI接口模块、信号波形配置参数下发模块、时序产生器、目标运行参数计算模块、波束内目标选择模块、选中目标运行参数查找模块、目标参数下发模块；所述时序产生器采用LVDS接口标准接收时序信号；目标运行参数计算模块、波束内目标选择模块、选中目标运行参数查找模块、目标参数下发模块采用LVDS接口标准接收波束指向信息和时序产生器的时序信息；所述目标运行参数计算模块的输出连接波束内目标选择模块的输入，波束内目标选择模块的输出连接选中目标运行参数查找模块的输入，选中目标运行参数查找模块的输出连接目标参数下发模块的输入，目标参数下发模块的输出输入给CPCI总线结构电路模块；所述目标运行参数计算模块通过PCI接口模块从CPCI总线结构电路模块获取数据；所述信号波形和配置参数下发模块通过PCI接口模块从CPCI总线结构电路模块获取数据，然后通过CPCI总线结构电路模块下发。

2.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于所述目标卡包括：CPCI接口电路、延迟与时序产生器、任意波形产生器、数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块、幅度粗调模块，所述延迟与时序产生器、任意波形产生器、数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块通过CPCI接口电路获得数据；所述延迟与时序产生器从时序分配卡处获得延迟与时序数据，然后再讲时序和延迟数据传输给任意波形产生器、数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块；所述任意波形产生器产生某一波形，然后依次经过数字上变频模块、数模转换模块、幅度精调模块、幅度粗调模块的处理后输出模拟目标信号。

3.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于所述杂波与噪声产生卡包括：时序产生电路、CPCI接口及控制电路、杂波产生电路、噪声产生电路、功率合成模块；所述杂波产生电路首先由杂波产生器产生某一杂波，然后依次经过任意波形产生模块、多普勒平移模块、幅度精调模块、数字上变频模块、数模转换模块、幅度粗调模块的处理后输出给功率合成模块；所述噪声产生电路首先由噪声产生器产生某一噪声信号，然后依次经过限带滤波器、幅度精调模块、数字上变频模块、数模转换模块、幅度粗调模块的处理后输出给功率合成模块；所述时序产生电路接收时序分配卡的时序数据后再分配给杂波产生电路和噪声产生电路中的每一给模块，所述CPCI接口及控制电路连接波产生电路和噪声产生电路中每一个模块；所述功率合成器合成杂波产生电路和噪声产生电路输出的信号进行输出。

4.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于所述中频合成卡包括：功率合成模块、和通道滤波器、方位差通道滤波器、俯仰差通道滤波器，所述功率合成模块将杂波与噪声产生卡和各目标卡的输出数据进行功率合成后分别并行通过和通道滤波器、方位差通道滤波器、俯仰差通道滤波器的处理后输出。

5.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于所述采集分析卡包括：时序产生电路、模数转换模块、数字下变频模块、大容量存储器、CPCI接口与控制电路；所述时序产生电路接收时序分配卡的输出数据后再将时序数据分配给模数转换模块、数字下变频模块、大容量存储器，所述采集到的模拟信号依次经过模数转换模块、数字下变频模块后存储到大容量存储器中，大容量存储区通过CPCI接口与控制电路与CPCI总线连接。

6.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于PCI控制卡，根据软件下发的目标运动参数，实时进行24个目标运动轨迹的并行计算，并实时更新目标的延时、多普勒频率、运动速度、方位角度、俯仰角度距离衰减、天线衰减、起伏衰减运行参数；根据雷达送过来的实时波束指向数据、设置的天线方向图宽度、目标当前位置，选中在波束照射范围内的目标。

7.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于时序分配卡，时序信号则采用RS422信号传输，板卡之间的连接根据信号不同采用不同的方法，模拟信号采用SMA在外部通过电缆连接，数字信号则通过专门接口连接。

8.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于目标产生卡，根据PCI控制卡送过来的目标参数产生指定延时、波形、多普勒调制目标基带信号；根据和、方位差、俯仰差三通道之间的幅度关系和起伏衰减、距离衰减、固定设置衰减的情况完成和、方位差、俯仰差三通道信号的幅度调制。

9.如权利要求1所述的一种多目标雷达回波模拟器，其特征在于杂波产生卡，产生一个全程、近程、中程或远程脉冲的杂波信号；杂波幅度分布为瑞利分布或韦伯尔分布；谱分布为高斯谱、平方谱或立方谱。

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