CN110988824A - 一种射频目标模拟器 - Google Patents

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张哲�
郑东风
和明磊
李金鑫
元可欣
王磊
李文学
张旋
许保卫
吕维
杨清涛
贾磊
马征
曹屹峰
王党辉
陈永新
秦川
冯雄辉
韩伟
江志
王军
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    • G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes

Abstract

本发明涉及一种射频目标模拟器，对雷达发射的微波信号进行适当的时间延迟，回输给雷达接收机来模拟目标产生的回波，从而完成对雷达各项指标的调试和测试。本发明可动态调节延迟，可调整多普勒频移。

Description

一种射频目标模拟器
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种射频目标模拟器。
背景技术
射频目标模拟器模拟雷达信号，用于实现毫米波雷达系统目标检测、测距精度、测角精度、目标跟踪功能的测试。
射频目标模拟器用于产生和雷达发射信号波形相关的射频信号(电路实现上仅对雷达发射信号进行一定的延时)，然后发送回雷达，以供雷达使用，雷达使用该信号完成雷达系统目标检测、测距精度、测角精度、目标跟踪功能的测试。
该射频目标模拟器代替了人工摇动反射体来寻找目标源，此装置不仅体积小、重量轻，而且使用方便、降低调试成本，并提高了工作效率，满足精益化生产的要求。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有技术的人工摇动反射体所带来的问题，本发明提出一种射频目标模拟器。
技术方案
一种射频目标模拟器，其特征在于包括接收支路、发射支路、延时电路、逻辑控制、WIFI路由、手持终端、动态电源管理系统DPM、锂电池和电源适配器，接收雷达发射的微波信号，经过接收支路下变频中心频率为60MHz的中频信号，经延时电路延时后，由发射支路上变频输出；延时时间、工作频率、多普勒频移由手持终端通过WIFI路由连接进行设置；逻辑控制接收和处理WIFI收到的控制信息，控制和协调整个射频目标模拟器系统的工作；延时电路实现中频信号的延时操作；动态电源管理系统DPM、锂电池、电源适配器用于提供系统的交直流供电。
所述的接收支路包括限幅器、放大器、下变频器和接收本振，限幅器用于保护接收支路的放大器，以免接收支路的放大器输入过载而烧毁；放大器用于放大接收的雷达信号，提供给后级的下变频器足够的功率；下变频器用于将接收到的高频雷达信号变换到中频信号，便于时间延时电路的延时处理；接收本振用于提供下变频器的本振输入，根据频率跳变的需求和下变频的指标参数进行设计选择，该本振的输出频率可以通过控制电路进行控制。
所述的发射支路包括上变频器、发射本振、放大器和功率放大器；上变频器用于将延时后的中频信号变换到雷达接收频段信号，同时可以根据需要在上变频时加入多普勒频移；发射本振用于提供上变频器的本振输入，根据频率跳变的需求和上变频的指标参数进行设计选择，该本振的输出频率可以通过控制电路进行控制；放大器和功率放大器用于放大上变频后的信号提供足够的功率给雷达接收机。
所述的延时电路采用数字方式时延实现方法：采用数字存储、读取的方式，首先将模拟信号数字化得到数字信号，然后将数据进行存储，经过一定时间后再读出，通过读出时间和写入时间的控制，来完成需要的时间延时，再经过D/A变换得到延时后的信号，写、读间隔所需的存储量决定了时延的长短。
有益效果
本发明提出的一种射频目标模拟器，工作频率：33～35GHz；跳频间隔：50MHz；延时精度：目标回波在不同距离定点经延迟后，由雷达检测的距离精度≤5m；可动态调节延迟，可调整多普勒频移；可通过计算机软件控制上述相关参数设定。
附图说明
图1射频目标模拟器功能框图
图2射频目标模拟器电路原理框图
图3射频目标模拟器接收支路信号分布图
图4射频目标模拟器发射支路信号分布图
图5FIFO存储器实现时延的过程示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
射频目标模拟器的核心是对雷达发射的微波信号进行适当的时间延迟，回输给雷达接收机来模拟目标产生的回波，从而完成对雷达各项指标的调试和测试。射频目标模拟器功能框图如图1所示。
射频目标模拟器包含接收支路、发射支路、延时电路、逻辑控制、WIFI路由、手持终端、动态电源管理系统(DPM)、锂电池、电源适配器。系统组成如图2所示。
射频目标模拟器接收雷达发射的微波信号，经过接收支路下变频为60MHz(中心频率)的中频信号，经延时电路延时后，由发射支路上变频输出。延时时间、工作频率、多普勒频移由手持终端通过WIFI连接进行设置。逻辑控制接收和处理WIFI收到的控制信息，控制和协调整个射频目标模拟器系统的工作。延时电路实现中频信号的延时操作。动态电源管理系统(DPM)、锂电池、电源适配器用于提供系统的交直流供电。
接收支路包括限幅器、放大器、下变频器和接收本振。
限幅器(预留)。限幅器用于保护接收支路的放大器，以免接收支路的放大器输入过载而烧毁。因射频目标模拟器与雷达的距离一般设置在50米左右，从接收喇叭天线接收到的信号最大为14dBm，考虑到后级的混频器最大输入功率可以达到20dBm，仅预留限幅器电路布线，根据最终使用情况进行连接。
放大器(预留)。放大器用于放大接收的雷达信号，提供给后级的下变频器足够的功率。射频目标模拟器的输入信号一般较大，该放大器仅在电路中预留布线，视最终电路调试需要进行连接。
下变频器。下变频器(为提高性能，系统采用二次变频)用于将接收到的高频雷达信号变换到中频信号，便于时间延时电路的延时处理。
接收本振。接收本振用于提供下变频器的本振输入，根据频率跳变的需求和下变频的指标参数进行设计选择，该本振的输出频率可以通过控制电路进行控制。
接收支路的信号分布见图3。
发射支路包括上变频器、发射本振、放大器和功率放大器。
上变频器。上变频器(为提高性能，系统采用二次变频)用于将延时后的中频信号变换到雷达接收频段信号，同时可以根据需要在上变频时加入多普勒频移。
发射本振。发射本振用于提供上变频器的本振输入，根据频率跳变的需求和上变频的指标参数进行设计选择，该本振的输出频率可以通过控制电路进行控制。
放大器和功率放大器。放大器和功率放大器用于放大上变频后的信号提供足够的功率给雷达接收机。
发射支路的信号计算分布见图4。
具体的时间延迟有多种方法可以实现：
1)延迟线实现。采用声表面波延迟线直接对信号进行延迟，实现对雷达回波信号的模拟。该方法实现简单。主要缺点是延迟时间一般固定不能更改。
2)采用数字方式实现。数字方式实现回波的模拟，就是将雷达信号先进行数字化采样，再经过一系列的处理来完成对数据的延时，再输出数据回送给雷达。该方法优点是时间延迟可调整，缺点是需要复杂的电路来实现，对复杂波形存储量大，实时性要求高。
本设计因需要调整延时，而采用数字方式实现。
具体的数字方式时延实现方法是采用数字存储、读取的方式，首先将模拟信号数字化(A/D变换)得到数字信号，然后将数据进行存储，经过一定时间后再读出，通过读出时间和写入时间的控制，来完成需要的时间延时，再经过D/A变换得到延时后的信号，写、读间隔所需的存储量决定了时延的长短，当系统的数字存储量确定时，就决定了系统的最大(最长)时延。实现时延的过程示意图见图5。
数字存储器有专用的集成电路芯片产品，或者采用FPGA实现。采用专用的集成电路芯片其控制电路相对简单，应用方便，时序控制容易；采用FPGA实现，其控制电路相对复杂，需要有两套地址控制，但其控制起来相对也要灵活得多，FPGA受限于其器件的结构实现的存储量相对较小(或者说可延时时长较短)。
目前专用的存储芯片产品容量从128×9到512k×36，读写速度可以达到200MHz，而且应用也相对简单，逻辑控制较容易。对于高速数字存储和实时处理，采用这些专用的存储芯片可以很方便的实现电路设计。
射频目标模拟器采用100MHz的采样率和读写时钟，存储芯片采用512k×36容量的芯片，可用于实现的延时时间范围为0～5ms，最小延时分辨率10ns(等效距离精度1.5m，可满足系统的指标要求)。
控制电路主要用于接收计算机串口和无线WIFI的传来的控制信号，控制接收本振频率、发射本振频率和设置时间延时值。控制电路采用CPLD/FPGA+单片机实现。
手持终端
手持终端采用现成的平板电脑，通过WIFI接口和IP设置完成协议的对接和转换，发送控制命令，控制射频目标模拟器的参数。

Claims (4)

1.一种射频目标模拟器，其特征在于包括接收支路、发射支路、延时电路、逻辑控制、WIFI路由、手持终端、动态电源管理系统DPM、锂电池和电源适配器，接收雷达发射的微波信号，经过接收支路下变频中心频率为60MHz的中频信号，经延时电路延时后，由发射支路上变频输出；延时时间、工作频率、多普勒频移由手持终端通过WIFI路由连接进行设置；逻辑控制接收和处理WIFI收到的控制信息，控制和协调整个射频目标模拟器系统的工作；延时电路实现中频信号的延时操作；动态电源管理系统DPM、锂电池、电源适配器用于提供系统的交直流供电。
2.根据权利要求1所述的一种射频目标模拟器，其特征在于所述的接收支路包括限幅器、放大器、下变频器和接收本振，限幅器用于保护接收支路的放大器，以免接收支路的放大器输入过载而烧毁；放大器用于放大接收的雷达信号，提供给后级的下变频器足够的功率；下变频器用于将接收到的高频雷达信号变换到中频信号，便于时间延时电路的延时处理；接收本振用于提供下变频器的本振输入，根据频率跳变的需求和下变频的指标参数进行设计选择，该本振的输出频率可以通过控制电路进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种射频目标模拟器，其特征在于所述的发射支路包括上变频器、发射本振、放大器和功率放大器；上变频器用于将延时后的中频信号变换到雷达接收频段信号，同时可以根据需要在上变频时加入多普勒频移；发射本振用于提供上变频器的本振输入，根据频率跳变的需求和上变频的指标参数进行设计选择，该本振的输出频率可以通过控制电路进行控制；放大器和功率放大器用于放大上变频后的信号提供足够的功率给雷达接收机。
4.根据权利要求1所述的一种射频目标模拟器，其特征在于所述的延时电路采用数字方式时延实现方法：采用数字存储、读取的方式，首先将模拟信号数字化得到数字信号，然后将数据进行存储，经过一定时间后再读出，通过读出时间和写入时间的控制，来完成需要的时间延时，再经过D/A变换得到延时后的信号，写、读间隔所需的存储量决定了时延的长短。
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