CN109100693A - 一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台以及方法，固定天线、目标信号处理模块、视线角信息实时注入模块，其中，所述固定天线接收雷达制导系统的辐射信号；所述目标信号处理模块将固定天线接收的雷达辐射信号进行目标回波参数调制生成相应的目标回波信号，目标回波信号的参数包括距离、速度、功率；所述视线角信息实时注入模块根据预先设定的视线角注入解算模型生成理想视线角信息，并按规定的时序将理想视线角信息注入给被测雷达系统，使雷达的伺服仿真系统偏转，实现弹目相对运动。本发明能拓展现有伺服仿真系统在宽频段实现半实物仿真的能力，而且系统简单、造价低廉。

Description

一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台以及方法
技术领域
本发明涉及雷达系统仿真领域，尤其涉及到一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台以及方法，主要对不同工作波段下的雷达系统的探测、跟踪目标的能力进行检测。
背景技术
为了提高雷达系统的探测、跟踪性能，雷达的工作频段覆盖范围越来越广，目前典型的工作频段已经覆了UHF∽W波段。为了对UHF∽W波段雷达系统设计进行验证考核，需要一种频段可覆盖UHF∽W波段半实物仿真验证方法用于模拟雷达所面临的UHF∽W波段目标(包含环境)信息。
目前空间辐射的仿真方式需要构建阵面目标模拟系统或者机械阵目标模拟系统，模拟辐射目标的空间位置变化，实现弹目相对运动仿真。其建设周期长，系统复杂，耗资昂贵，而且阵面目标模拟系统由于受到器件性能的限制，无法用一套系统覆盖UHF∽W波段，所以需要构建多个阵面目标模拟系统，才能满足半实物仿真需求，系统庞大、耗资巨大。
发明内容
针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台以及方法，利用单一固定天线辐射UHF∽W波段信号，并通过向雷达系统注入视线角信息的方式，使得雷达伺服系统偏转实现弹目相对运动，从而实现目标动态特性的模拟，最终实现对雷达系统在不同工作频率下的探测、跟踪目标等能力进行检测，同时可以降低仿真系统的复杂度和构建成本，并能够缩短研制周期。
本发明是根据以下技术方案实现的：
一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，其特征在于，包括：固定天线、目标信号处理模块、视线角信息实时注入模块，其中，所述固定天线接收雷达制导系统的辐射信号；所述目标信号处理模块将固定天线接收的雷达辐射信号进行目标回波参数调制生成相应的目标回波信号，目标回波信号的参数包括距离、速度、功率；所述视线角信息实时注入模块根据预先设定的视线角注入解算模型生成理想视线角信息，并按规定的时序将理想视线角信息注入给被测雷达系统，使雷达的伺服仿真系统偏转，实现弹目相对运动。
上述技术方案中，所述视线角信息实时注入模块包括仿真模型计算机、转台控制计算机、接口匹配计算机、位置速率转台和一体化控制设备，所述一体化控制设备安装在位置速率转台上，其运动姿态与被测雷达设备时刻保持一致，所述一体化控制设备包括计算处理设备、导航模块以及惯性敏感设备(IMU)，其中，所述导航模块用于被测雷达系统和一体化控制设备的自身定位，所述仿真模型计算机实时解算控制转台的数据，通过转台控制计算机传送给转台，位置速率转台带动一体化控制设备进行运动，所述惯性敏感设备测量一体化控制设备的实时姿态运动数据，所述导航模块和所述惯性敏感设备将测得的实时数据发送给一体化控制设备中的计算处理设备，所述计算处理设备对接收到的数据进行实时解算，并将解算后的数据发送给被测雷达系统。
上述技术方案中，所述目标信号处理模块包括信号接收设备、信号传输设备、上变频设备、下变频设备和目标数据接收设备，其中，所述信号接收设备接收低频段的信号，通过上变频设备将低频段的信号调到高频段，对高频段信号进行调制，将接收到的目标数据调制到信号中，再通过下变频设备调到低频段，最后通过传输设备将信号发送出去。
本发明的一种宽频段雷达系统的半实物仿真方法，通过上述的仿真平台实现的，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：目标信号源系统通过宽频段变频模块接收被测雷达系统发出的信号并下变频到低一级的波段，保证被测雷达系统自身发出的信号与目标信号源系统产生的目标回波信号相关；
步骤S2：将低一级的波段传输给信号源，然后信号源根据实际飞行状态对相应信号进行处理；
步骤S3：处理完成的信号再通过宽频段变频模块生成实际所需的波段回波信号形式，通过固定在射频阵列目标上的单个固定天线辐射给被测雷达系统；
步骤S4：被测雷达系统形成制导信息发送给一体化控制设备进行处理，实现主动制导仿真功能。
上述技术方案中，步骤S3包括如下步骤：
步骤S301：根据固定天线与被测雷达系统间的距离以及被测雷达系统的天线口径、工作频段，根据传输路径损耗计算公式设计固定天线的工作频段、增益参数，使其满足接收和辐射射频信号的实际需求；
步骤S302：将天线馈源固定在现有暗室的微波阵面上，与被测雷达系统法线对齐，接收雷达辐射信号并辐射目标回波信号；
步骤S303：根据被测雷达系统的工作时序，通过目标信号处理模块完成集成、调试，使其满足目标回波信号实时处理的实际需求，同时满足固定天线接收雷达辐射信号和发射回波信号的时序控制；
步骤S304：所述视线角信息实时注入模块根据视线角信息注入的相应的接口、通讯和定时协议，实现视线角速度信息的实时注入控制，满足视线角信息处理模块与被测雷达系统之间的通讯与时钟同步。
上述技术方案中，所述传输路径损耗计算公式为：
Loss＝32.44+20lg(D)+20lg(F)
式中，Loss是传输损耗，D是传输距离；F是工作频率；
结合实际传输距离、被测雷达系统的工作频率，路径损耗，设定被测雷达系统的发射功率为Pt，到达变频模块波导端口的功率为：
Pr＝Pt-Loss+Gt+Gr
式中，Pt是被测雷达系统的发射功率；Loss是传输损耗；Gt为发射天线增益；Gr为发射天线增益。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供一种固定天线辐射UHF～W波段信号，并通过向雷达系统注入视线角信息的方式，实现目标动态特性模拟，最终实现对雷达制导系统在不同工作频率下的探测、跟踪目标等能力进行检测。此外，本发明克服现有技术的系统复杂、硬件指标要求高、造价昂贵等不足。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台的示意图；
图2为视线角信息实时注入模块示意图；
图3为宽频段信号源基本工作原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，其特征在于，包括：固定天线、目标信号处理模块、视线角信息实时注入模块，其中，所述固定天线接收雷达制导系统的辐射信号；所述目标信号处理模块将固定天线接收的雷达辐射信号进行目标回波参数调制生成相应的目标回波信号，目标回波信号的参数包括距离、速度、功率；所述视线角信息实时注入模块根据视线角注入模型生成视线角信息，并按规定的时序将视线角信息注入给被测雷达系统，使雷达的伺服仿真系统偏转，实现弹目相对运动。
如图2所示，本发明的一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，所述视线角信息实时注入模块包括仿真模型计算机、转台控制计算机、接口匹配计算机、位置速率转台和一体化控制设备，一体化控制设备安装在位置速率转台上，其运动姿态与被测雷达设备时刻保持一致，一体化控制设备包括计算处理设备、导航模块以及惯性敏感设备(IMU)，其中，所述导航模块用于被测雷达系统和一体化控制设备的自身定位，所述仿真模型计算机实时解算控制转台的数据，通过转台控制计算机传送给转台，位置速率转台带动一体化控制设备进行运动，所述惯性敏感设备(IMU)测量一体化控制设备的实时姿态运动数据，所述导航模块和所述惯性敏感设备将测得的实时数据发送给一体化控制设备中的计算处理设备，所述计算处理设备对接收到的数据进行实时解算，并将解算后的数据发送给被测雷达系统。
如图3所示，本发明的一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，所述目标信号处理模块包括信号接收设备、信号传输设备、上变频设备、下变频设备和目标数据接收设备，其中，所述信号接收设备接收低频段的信号，通过上变频设备将低频段的信号调到高频段，对高频段信号进行调制，将接收到的目标数据调制到信号中，再通过下变频设备调到低频段，最后通过信号传输设备将信号发送出去。
所述计算机实时控制模块包括实时解算设备、基于RTX的时钟定时设备和反射内存共享装置，其中，基于RTX的时钟定时设备将仿真时间精确到100ns，时钟定时设备每25000*100ns作为一个周期发送一次中断，驱动仿真系统完成该周期内的工作，所述实时解算设备相应定时设备的中断，进行相应的数据解算，所述反射内存共享装置提供数据传输的空间，确保仿真系统的正常通讯。
本发明的一种宽频段雷达系统的半实物仿真方法，是根据上述仿真平台实现的，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：目标信号源系统通过宽频段变频模块接收被测雷达系统发出的信号并下变频到低一级的波段，保证被测雷达系统自身发出的信号与目标信号源系统产生的目标回波信号相关；
步骤S2：将低一级的波段传输给信号源，然后信号源根据实际飞行状态对相应信号进行处理；
步骤S3：处理完成的信号再通过宽频段变频模块生成实际所需的波段回波信号形式，通过固定在射频阵列目标上的单个固定天线辐射给被测雷达系统；
步骤S4：被测雷达系统形成制导信息发送给一体化控制设备进行处理，实现主动制导仿真功能。
本发明的步骤S3包括如下步骤：
步骤S301：根据固定天线与雷达制导系统间的距离以及雷达制导系统的天线口径、工作频段，根据传输路径损耗计算公式设计固定天线的工作频段、增益参数，使其满足接收和辐射射频信号的实际需求；
步骤S302：将天线馈源固定在现有暗室的微波阵面上，与雷达系统法线对齐，接收雷达辐射信号并辐射目标回波信号；
步骤S303：根据雷达系统的工作时序，通过目标信号处理模块的收发装置以及目标回波信号实时处理模块并完成集成、调试，使其满足目标回波信号实时处理的实际需求，同时满足固定天线接收雷达辐射信号和发射回波信号的时序控制；
步骤S304：所述视线角信息实时注入模块根据视线角信息注入的相应的接口、通讯和定时协议，实现视线角速度信息的实时注入控制，满足视线角信息处理模块与雷达制导系统之间的通讯与时钟同步；
步骤S305：根据目标动态特性和伺服系统的工作特性建立视线角信息注入系统，并根据实际的测试误差，建立补偿机制，提高目标动态特性模拟精度；
步骤S306：根据计算机实时控制模块进行调试，通过接口匹配计算机进行定时，定时精度为100ns，每帧广播发送中断，系统中其他模块响应中断，进行相应的数据接收、处理和发送，结合转台控制计算机以及一体化控制设备集成和调试，进行实时仿真。
在步骤S301中，所述传输路径损耗计算公式为：
Loss＝32.44+20lg(D)+20lg(F)
式中，Loss是传输损耗，D是传输距离；F是工作频率；
结合实际传输距离、被测雷达系统的工作频率，路径损耗，设定被测雷达系统的发射功率为Pt，到达变频模块波导端口的功率为：
Pr＝Pt-Loss+Gt+Gr
式中，Pt是被测雷达系统的发射功率；Loss是传输损耗；Gt为发射天线增益；Gr为发射天线增益。
根据本发明的一个具体实施例，假设导弹半实物仿真过程中需要的目标运动范围为俯仰±10°，偏航±8°，若通过天线阵面目标模拟系统实现，假设天线元之间相差1.3°，则至少需要238个天线元；若通过机械阵目标模拟系统实现，假设目标模拟系统与雷达系统相距10m，则至少需要构建一个3.5m×3.5m的二维机械阵模拟系统。根据本专利的设计方法，单个固定的天线加上视线角信息处理模即可实现，构建系统的代价相对低廉。同时天线阵面一般不能覆盖宽频段如UHF～W波段的目标模拟，而宽频段单一固定天线辐射式半实物仿真方法只需要更换固定天线模块就可实现UHF～Ka波段的目标模拟，系统的通用性更强。
本发明设计研发过程中，针对视线角信息注入的相应的接口、通讯和定时协议的开发较为复杂，但实际使用非常方便、高效，研发成本非常低，后期的维护也相对简单。本发明通过接收被试雷达的辐射信号，然后辐射经过调制处理的目标回波信号，准确地模拟目标/环境信息的实时变化，对雷达制导系统在复杂环境下探测、跟踪目标的能力进行检测。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，其特征在于，包括：固定天线、目标信号处理模块、视线角信息实时注入模块，其中，所述固定天线接收雷达制导系统的辐射信号；所述目标信号处理模块将固定天线接收的雷达辐射信号进行目标回波参数调制生成相应的目标回波信号，目标回波信号的参数包括距离、速度、功率；所述视线角信息实时注入模块根据预先设定的视线角注入解算模型生成理想视线角信息，并按规定的时序将理想视线角信息注入给被测雷达系统，使雷达的伺服仿真系统偏转，实现弹目相对运动。
2.根据权利要求1所述的一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，其特征在于，所述视线角信息实时注入模块包括仿真模型计算机、转台控制计算机、接口匹配计算机、位置速率转台和一体化控制设备，所述一体化控制设备安装在位置速率转台上，其运动姿态与被测雷达设备时刻保持一致，所述一体化控制设备包括计算处理设备、导航模块以及惯性敏感设备，其中，所述导航模块用于被测雷达系统和一体化控制设备的自身定位，所述仿真模型计算机实时解算控制转台的数据，通过转台控制计算机传送给转台，位置速率转台带动一体化控制设备进行运动，所述惯性敏感设备测量一体化控制设备的实时姿态运动数据，所述导航模块和所述惯性敏感设备将测得的实时数据发送给一体化控制设备中的计算处理设备，所述计算处理设备对接收到的数据进行实时解算，并将解算后的数据发送给被测雷达系统。
3.根据权利要求1所述的一种宽频段雷达系统的半实物仿真平台，其特征在于，所述目标信号处理模块包括信号接收设备、信号传输设备、上变频设备、下变频设备和目标数据接收设备，其中，所述信号接收设备接收低频段的信号，通过上变频设备将低频段的信号调到高频段，对高频段信号进行调制，将接收到的目标数据调制到信号中，再通过下变频设备调到低频段，最后通过传输设备将信号发送出去。
4.一种宽频段雷达系统的半实物仿真方法，通过权利要求1至3任一项所述的仿真平台实现的，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：目标信号源系统通过宽频段变频模块接收被测雷达系统发出的信号并下变频到低一级的波段，保证被测雷达系统自身发出的信号与目标信号源系统产生的目标回波信号相关；
步骤S2：将低一级的波段传输给信号源，然后信号源根据实际飞行状态对相应信号进行处理；
步骤S3：处理完成的信号再通过宽频段变频模块生成实际所需的波段回波信号形式，通过固定在射频阵列目标上的单个固定天线辐射给被测雷达系统；
步骤S4：被测雷达系统形成制导信息发送给一体化控制设备进行处理，实现主动制导仿真功能。
5.根据权利要求4所述的一种宽频段雷达系统的半实物仿真方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
步骤S301：根据固定天线与被测雷达系统间的距离以及被测雷达系统的天线口径、工作频段，根据传输路径损耗计算公式设计固定天线的工作频段、增益参数，使其满足接收和辐射射频信号的实际需求；
步骤S302：将天线馈源固定在现有暗室的微波阵面上，与被测雷达系统法线对齐，接收雷达辐射信号并辐射目标回波信号；
步骤S303：根据被测雷达系统的工作时序，通过目标信号处理模块完成集成、调试，使其满足目标回波信号实时处理的实际需求，同时满足固定天线接收雷达辐射信号和发射回波信号的时序控制；
步骤S304：所述视线角信息实时注入模块根据视线角信息注入的相应的接口、通讯和定时协议，实现视线角速度信息的实时注入控制，满足视线角信息处理模块与被测雷达系统之间的通讯与时钟同步。
6.根据权利要求5所述的一种宽频段雷达系统的半实物仿真方法，其特征在于，所述传输路径损耗计算公式为：
Loss＝32.44+20lg(D)+20lg(F)
式中，Loss是传输损耗，D是传输距离；F是工作频率；
结合实际传输距离、被测雷达系统的工作频率，路径损耗，设定被测雷达系统的发射功率为Pt，到达变频模块波导端口的功率为：
Pr＝Pt-Loss+Gt+Gr
式中，Pt是被测雷达系统的发射功率；Loss是传输损耗；Gt为发射天线增益；Gr为发射天线增益。
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