CN109471077B - 一种频率跳变的sar回波信号生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种频率跳变的SAR回波信号生成方法，属于雷达目标回波模拟技术领域，解决了现有技术中缺乏中心频率随脉冲触发信号交替变化的SAR回波信号的生成方法的问题。一种频率跳变的SAR回波信号生成方法，具体包括以下步骤：生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号；将所述基带SAR数字回波信号的数据文件加载到射频存储板卡中；所述射频存储板卡产生中心频率交替变化的中频SAR回波信号，并将其实时发送给射频系统；所述射频系统对中频SAR回波信号，进行上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号。实现了实现了中心频率随同步脉冲触发信号交替变化的SAR回波信号的生成，并保持了SAR回波信号的相参性，可以满足高分辨率的成像测试应用需求。

Description

一种频率跳变的SAR回波信号生成方法
技术领域
本发明涉及雷达目标回波模拟技术领域，尤其涉及一种频率跳变的SAR回波信号生成方法。
背景技术
雷达目标回波模拟器是应用于雷达地面测试的设备，能够模拟雷达探测的目标回波信号。SAR(成孔径雷达)目标回波模拟是按照SAR系统参数、成像体制、工作模式，以及目标场景特征模拟生成SAR目标场景回波信号，用于合成孔径雷达的成像测试，进行SAR成像的功能和性能指标评测。
随着SAR技术的快速发展，出现了频率跳变功能的SAR成像体制和成像处理技术，它发射信号的中心频率在两个频率值上来回变化，频率差值不超过信号带宽的一半，因此可通过信号处理技术合成两个脉冲的线性调频信号，得到带宽更宽的线性调频信号，从而可以提高成像分辨率。频率跳变的SAR成像测试，对SAR回波信号模拟产生提出了更高的要求，SAR回波信号需要具有频率跳变的功能，同时回波信号需要保持相参性，才能满足SAR成像处理的相参积累要求。
频率跳变功能的SAR回波信号生成，是随着SAR技术和目标模拟技术发展，为满足新的测试应用需求而进行的方法研究，而现有技术中缺乏中心频率随脉冲触发信号交替变化的SAR回波信号的生成方法。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种频率跳变的SAR回波信号生成方法，用以解决现有技术中缺乏中心频率随脉冲触发信号交替变化的SAR回波信号的生成方法的问题。
本发明提供了一种频率跳变的SAR回波信号生成方法,具体包括以下步骤：
生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号及所述基带SAR数字回波信号的数据文件，并存储所述数据文件；
将所述基带SAR数字回波信号的数据文件加载到射频存储板卡中；
所述射频存储板卡接收雷达发射的同步脉冲触发信号，并根据同步脉冲触发信号，对所述基带SAR回波数据进行数字上变频处理，产生中心频率交替变化的中频SAR回波信号，并将所述中频SAR回波信号实时发送给射频系统；
所述射频系统对中心频率交替变化的中频SAR回波信号，进行上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方法实现了中心频率随同步脉冲触发信号交替变化的SAR回波信号的生成，并保持了SAR回波信号的相参性，通过该方法生成的SAR回波信号可以满足高分辨率的成像测试应用需求。
进一步地，生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号及所述基带SAR回波信号的数据文件，并存储所述数据文件，具体包括：根据SAR回波模拟算法生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号，按照每个点8bit十六进制量化表示和I/Q两路交替分布的方式，生成所述I/Q两路基带SAR回波信号的数据文件，将所述数据文件存储。
上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方法提高了I/Q两路基带SAR回波信号数据文件的存储效率，同时方便基带SAR数字回波信号的数据文件的加载。
进一步地，将所述基带SAR数字回波信号的数据文件加载到射频存储板卡中，具体包括：将所述两路基带SAR数字回波信号的数据文件通过CPCI总线分段传输到射频存储板卡，直至完整的数据文件加载至射频存储板卡中。
上述进一步技术方案的有益效果为：提高了两路基带SAR数字回波信号数据文件的加载效率。
进一步地，根据同步脉冲触发信号，对I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，产生中心频率交替变化的中频SAR回波信号，具体包括：
判断接收到的同步脉冲触发信号的奇偶性，并根据奇偶性对I/Q两路基带SAR回波数据进行数字上变频处理，经过DAC变换后，产生中心频率交替变化的中频SAR模拟回波信号。
进一步地，判断接收到的同步脉冲触发信号的奇偶性，并根据奇偶性对I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，产生中心频率交替变化的中频SAR模拟回波信号，具体包括：
对接收到的同步脉冲触发信号进行计数，当接收到的同步脉冲触发信号为奇数时，则对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，生成中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号；
当接收到的同步脉冲触发信号为偶数时，则对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，生成中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号，将中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号与DDS本振信号源混频，生成中心频率为f1+fd的中频SAR模拟回波信号；
按照同步脉冲触发信号顺序，依次输出中心频率为f1和f1+fd交替变化的中频SAR模拟回波信号。
上述进一步技术方案的有益效果为：通过根据接收到的同步脉冲触发信号的奇偶性，实时生成与奇偶性对应的一路中频SAR模拟回波信号，保证了中心频率随同步脉冲触发信号而交替变化的中频SAR模拟回波信号的产生。
进一步地，上述方法还包括，生成DDS本振信号源，具体包括，射频存储板卡根据设置的频率跳变值fd生成一个本振信号源频率为fd的DDS本振信号源。
上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方法生成一个本振信号源频率为fd的DDS本振信号源，将该DDS本振信号源与心频率为f1的中频SAR模拟回波信号混振，以便生成中心频率为f1+fd的中频SAR模拟回波信号。
进一步地，对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，具体包括：
根据DAC转换率，确定中频频率f1，构造正交数字本振信号cos(f1)和-sin(f1)，将所述I/Q两路基带SAR数字回波信号中I路数字回波信号与数字本振信号cos(f1)混振，将Q路数字信号和-sin(f1)数字本振信号混振；将两路混振的输出进行合路处理。
进一步地，将所述中频SAR回波信号实时发送给射频系统，具体包括：射频存储板卡实时接收雷达发射的同步脉冲触发信号，当检测到同步脉冲触发信号的脉冲上升沿时，发射中频SAR回波信号给射频系统。
上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方法能够准确地、实时地发射中频SAR回波信号给射频系统。
进一步地，根据SAR回波模拟算法生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号，具体包括：
采用SAR回波模拟软件，通过加载雷达系统参数、载体运动平台参数和目标场景参数，并根据SAR回波模拟算法，计算雷达在每个脉冲重复周期位置处的目标场景相对于雷达平台位置的目标冲激函数，并按照频域卷积的方法，将雷达发射信号与目标冲击函数通过频域相乘的方式进行卷积计算，从而生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号。
进一步地，所述射频系统对中心频率交替变化的中频SAR回波信号，进行上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号，具体包括：将所述中心频率交替变化的中频SAR回波信号，经过与射频系统的本振频率源信号混频后，进行射频信号滤波、信号稳幅和衰减处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例所述方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所述SAR回波模拟示意图1；
图3为本发明实施例所述SAR回波模拟示意图2；
图4为本发明实施例所述数据文件示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例
本发明的一个具体实施例，公开了一种频率跳变的SAR回波信号生成方法。包括，
利用SAR回波模拟软件，生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号，并将基带数据加载到射频存储板卡中，通过数字上变频产生中频的SAR回波信号；然后设定频率跳变值fd，在射频存储板卡内部产生一个该跳变频率值的DDS本振源；接收同步触发脉冲信号，在脉冲触发信号为第奇数个时，输出频率为f1的中频SAR回波信号；在脉冲触发信号为第偶数个时，输出混频后的频率为f1+fd的中频SAR回波信号；经过射频系统上变频，产生频率跳变的射频SAR回波信号。所述方法的流程示意图，如图1所示。
具体包括以下步骤：
步骤S1、生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号及所述基带SAR回波信号的数据文件，并存储所述数据文件；
具体的，采用SAR回波模拟软件(如图2、3所示)，通过分别加载雷达系统参数、载体运动平台参数、目标场景参数，即信号频率、信号带宽、采样率、脉冲时宽、脉冲重复周期、飞行高度、飞行速度、观测场景幅宽、位置等，根据SAR回波模拟算法，计算雷达在每个脉冲重复周期位置处的目标场景相对于雷达平台位置的目标冲激函数，并按照频域卷积的方法，将雷达发射信号与目标冲击函数通过频域相乘的方式进行卷积计算，从而生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号；该基带SAR数字回波信号按照每个点8bit十六进制量化表示和I/Q两路交替分布的方式生成数据文件，数据文件示例如附图4所示，并将生成的数据文件存储于计算机硬盘中。
步骤S2、将基带SAR数字回波信号的数据文件加载到射频存储板卡中；
具体的，基带SAR数字回波信号的数据文件利用CPCI总线，在DSP程序的控制下，从计算机硬盘中分段传输到射频存储板卡的DSP外部存储器中，并通过FPGA程序，分段搬移到射频存储板卡上FPGA挂载的外部存储器DDR3中；通过分段循环传输，直至完整的基带SAR数字回波信号的数据文件加载到DDR3中，射频存储板卡可以实现对基带SAR数字回波信号数据进行实时控制；
步骤S3、所述射频存储板卡接收雷达发射的同步脉冲触发信号，并根据同步脉冲触发信号，对所述基带SAR回波数据进行数字上变频处理，产生中心频率交替变化的中频SAR回波信号，并将所述中频SAR回波信号实时发送给射频系统；
射频存储板卡利用FPGA程序进行数字上变频处理，并进行DAC变换，将中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号，变换为中心频率为中频的一路中频SAR模拟回波信号；射频存储板卡，接收雷达发射的同步脉冲触发信号，判断接收到的同步脉冲触发信号的奇偶性，发射中心频率交替变化的中频SAR回波信号，并通过检测脉冲信号上升沿，实时发射中频SAR回波信号给射频系统；
具体的，获取在人机交互界面中输入并设置的频率跳变值fd，频率跳变值通过CPCI总线传输到射频存储板卡的DSP中，并转移到FPGA中；射频存储板卡FPGA根据频率跳变值fd，产生一个DDS(直接数字频率合本振信号源)，该DDS本振信号源频率为频率跳变值fd；
所述射频存储板卡接收雷达发射的同步脉冲触发信号，检测脉冲信号的上升沿，并对接收到的同步脉冲触发信号进行计数，当接收到的同步脉冲触发信号为奇数时(即第1、3、5......个脉冲信号)，则对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，生成中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号；
当接收到的同步脉冲触发信号为偶数时(即第2、4、6......个脉冲信号)，则对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，生成中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号，将中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号与DDS本振信号源混频，即两路信号相乘并进行上边带滤波，生成中心频率为f1+fd的中频SAR模拟回波信号；
按照同步脉冲触发信号顺序，依次输出中心频率为f1和f1+fd交替变化的中频SAR模拟回波信号；
其中，所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，具体包括：
将I/Q两路基带SAR数字回波信号在FPGA中进行数字上变频处理，即，FPGA根据DAC转换率fs等信息，确定输出信号的中频频率f1，信号中心频率可设置为DAC转换率1/4的奇数倍，如f1＝1/4*fs，然后构造正交的两个数字本振信号，即cos(f1)和-sin(f1)，I路数字信号与数字本振信号cos(f1)混频，Q路数字信号与数字本振信号-sin(f1)混频，然后两路信号的输出进行合路处理；
需要说明的是，接收的雷达同步脉冲触发信号，其脉冲宽度可设置为窄脉冲和宽脉冲两种形式交替出现，通过判读接收到脉冲信号的宽度，由此替代通过计数判读脉冲奇偶数，来触发产生不同频率的频率跳变SAR回波信号；
同步脉冲触发信号宽度，也可设置为多种脉冲宽度的编码组合，同时对应构造多个频率值的DDS本振源信号，通过判读识别脉冲宽度，选择不同本振源进行混频，将对应产生多个不同频率的中频SAR回波信号，从而构造一种适应脉冲编码的频率跳变SAR回波信号生成方法。
步骤S4、所述射频系统对中心频率交替变化的中频SAR回波信号，进行上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号。
具体的，将中心频率交替变化的中频SAR回波信号，经过与射频系统的本振频率源信号进行混频后，进行射频信号滤波，以及信号稳幅、衰减等处理，实现中频信号的上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号。
SAR回波产生方法是产生目标场景SAR回波信号、满足SAR成像测试的关键技术，频率跳变的SAR回波信号用于频率跳变SAR的成像测试，本发明提供了一种频率跳变的SAR回波信号产生方法，根据该方法可生成随同步脉冲触发信号而频率跳变的SAR射频回波信号，变频率的差值不超过信号带宽的一半，同时保持SAR回波信号的相参性，能够合成得到宽带SAR回波信号，适应频率跳变的高分辨率SAR成像的测试需要。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种频率跳变的SAR回波信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号及所述基带SAR数字回波信号的数据文件，并存储所述数据文件；
将所述基带SAR数字回波信号的数据文件加载到射频存储板卡中；
所述射频存储板卡接收雷达发射的同步脉冲触发信号，并根据同步脉冲触发信号，对所述基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，产生中心频率交替变化的中频SAR回波信号，并将所述中频SAR回波信号实时发送给射频系统；
所述射频系统对中心频率交替变化的中频SAR回波信号，进行上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号；
其中，所述根据同步脉冲触发信号，对I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，产生中心频率交替变化的中频SAR回波信号，具体包括：
判断接收到的同步脉冲触发信号的奇偶性，并根据奇偶性对I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，产生中心频率交替变化的中频SAR模拟回波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号及所述基带SAR回波信号的数据文件，并存储所述数据文件，具体包括：根据SAR回波模拟算法生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号，按照每个点8bit十六进制量化表示和I/Q两路交替分布的方式，生成所述I/Q两路基带SAR回波信号的数据文件，将所述数据文件存储。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述基带SAR数字回波信号的数据文件加载到射频存储板卡中，具体包括：将所述两路基带SAR数字回波信号的数据文件通过CPCI总线分段传输到射频存储板卡，直至完整的数据文件加载至射频存储板卡中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断接收到的同步脉冲触发信号的奇偶性，并根据奇偶性对I/Q两路基带SAR数字回报信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，产生中心频率交替变化的中频SAR模拟回波信号，具体包括：
对接收到的同步脉冲触发信号进行计数，当接收到的同步脉冲触发信号为奇数时，则对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，生成中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号；
当接收到的同步脉冲触发信号为偶数时，则对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，经过DAC变换后，生成中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号，将中心频率为f1的中频SAR模拟回波信号与DDS本振信号源混频，生成中心频率为f1+fd的中频SAR模拟回波信号；
按照同步脉冲触发信号顺序，依次输出中心频率为f1和f1+fd交替变化的中频SAR模拟回波信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括，生成DDS本振信号源，具体包括，射频存储板卡根据设置的频率跳变值fd生成一个本振信号源频率为fd的DDS本振信号源。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，对所述I/Q两路基带SAR数字回波信号进行数字上变频处理，具体包括：
根据DAC转换率，确定中频频率f1，构造正交数字本振信号cos(f1)和-sin(f1)，将所述I/Q两路基带SAR数字回波信号中I路数字回波信号与数字本振信号cos(f1)混振，将Q路数字信号和-sin(f1)数字本振信号混振；将两路混振的输出进行合路处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述中频SAR回波信号实时发送给射频系统，具体包括：射频存储板卡实时接收雷达发射的同步脉冲触发信号，当检测到同步脉冲触发信号的脉冲上升沿时，发射中频SAR回波信号给射频系统。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据SAR回波模拟算法生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号，具体包括：
采用SAR回波模拟软件，通过加载雷达系统参数、载体运动平台参数和目标场景参数，并根据SAR回波模拟算法，计算雷达在每个脉冲重复周期位置处的目标场景相对于雷达平台位置的目标冲激函数，并按照频域卷积的方法，将雷达发射信号与目标冲击函数通过频域相乘的方式进行卷积计算，从而生成中心频率为零的I/Q两路基带SAR数字回波信号。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频系统对中心频率交替变化的中频SAR回波信号，进行上变频处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号，具体包括：将所述中心频率交替变化的中频SAR回波信号，经过与射频系统的本振频率源信号混频后，进行射频信号滤波、信号稳幅和衰减处理，得到频率交替变化的射频SAR回波信号。
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多频实时跳频雷达信号发生器的设计与实现;王帅;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20140315(第4期);第5、9-17、50-51页 *
王帅.多频实时跳频雷达信号发生器的设计与实现.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》.2014,(第4期),第5、9-17、50-51页. *

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