CN111580054B - 雷达探测器性能测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种雷达探测器性能测试装置及其方法。所述装置包括：数字编码超表面，用于模拟不同特性的探测目标，编码控制模块，与数字编码超表面连接，用于根据预设的探测目标的特性，生成编码控制指令，编码控制指令用于控制数字编码超表面调控接收的待检测雷达发射的雷达信号，得到对应特性的探测目标，终端，与编码控制模块连接，用于根据接收输入的调控指令，并将调控指令发送至编码控制模块，以使编码控制模块根据调控指令生成编码控制指令。本装置降低了测试设备的复杂程度和制造成本。

Description

雷达探测器性能测试装置及其方法

技术领域

本申请涉及主动雷达探测性能测试技术领域，特别是涉及一种雷达探测器性能测试装置及其方法。

背景技术

雷达是利用目标对电磁波的反射现象发现目标并测定其位置等信息的传感器，在军事和民事上都有重要且广泛的应用。为了确保雷达的工作稳定、正常、可靠，在雷达研制过程中通常需要对其进行功能和性能测试。因此发展雷达探测性能检测技术有着重要的意义和广泛的应用前景。

目前对雷达探测性能的测试手段主要包括外场试验和基于雷达回波调制转发设备的性能检测。外场试验受外场环境复杂性和天气等不确定因素的制约，操作复杂，人力物力耗费大。而随着数字射频存储(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)技术的发展，基于DRFM的雷达回波调制转发设备成了雷达探测性能检测的主要手段。该方法既解决了通用仪器对雷达性能检测的局限性，又能较真实的模拟雷达回波，大大提高了雷达探测性能检测的效率。然而，上述检测手段，或被外在因素制约，或提高性能检测效率的检测设备结构复杂。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够弥补检测设备结构复杂问题的雷达探测器性能测试装置及其方法。

一种雷达探测器性能测试装置，所述装置包括：

数字编码超表面，用于模拟不同特性的探测目标；

编码控制模块，与所述数字编码超表面连接，用于根据预设的探测目标的特性，生成编码控制指令；所述编码控制指令用于控制所述数字编码超表面调控接收的待检测雷达发射的雷达信号，得到对应特性的探测目标；

终端，与所述编码控制模块连接，用于接收输入调控指令，并将所述调控指令发送至所述编码控制模块，以使所述编码控制模块根据所述调控指令生成所述编码控制指令。2

在其中一个实施例中，所述数字编码超表面包括多个周期排布的数字可编程的人工单元；所述人工单元可呈现两种相位差180度的电磁响应状态；通过控制所述数字编码超表面的所述人工单元处于不同的电磁响应状态，模拟不同特性的探测目标。

在其中一个实施例中，所述人工单元包括由偏置电压控制的开关二极管；通过所述开关二极管的开关状态控制所述人工单元呈现两种电磁响应状态。

在其中一个实施例中，还包括：所述编码控制指令为二进制编码，根据二进制编码中的0和1生成不同的偏置电压，所述偏置电压用于控制所述开关二极管的开关状态。

在其中一个实施例中，还包括：所述编码控制模块包括：控制接口；所述控制接口与各个所述人工单元连接的布线长度相等。

一种雷达探测器性能测试方法，所述方法包括：

通过终端接收预设的探测目标的控制参数，根据所述控制参数和待检测雷达探测器的信号调制参数，生成调控指令；

通过编码控制模块解析所述调控指令，根据所述信号调制参数将所述控制参数进行解析，得到探测目标对应的编码控制指令；

通过所述数字编码超表面响应所述编码控制指令调控待检测雷达探测器的回波信号；

将所述回波信号发送至待检测雷达探测器，以使所述待检测雷达探测器根据所述回波信号解析得到探测目标的目标信息；

根据所述目标信息与所述控制参数对比，确定待检测雷达探测器的性能。

在其中一个实施例中，所述信号调制参数包括：发射信号波长、调制周期以及调制带宽；通过终端接收预设的所述探测目标的控制参数；所述控制参数包括：目标幅度调控参数、目标调制距离以及目标调制速度；根据所述信号调制参数和所述控制参数生成调控指令。

在其中一个实施例中，还包括：通过编码控制模块解析所述调控指令，得到目标幅度调控参数、目标调制距离参数、目标调制速度参数；根据所述目标幅度调控参数，反演得到数字编码超表面的散射方向图；根据所述散射方向图，确定所述数字编码超表面中各个人工单元的编码方案；根据所述调制周期和所述调制带宽，以及线性调频信号调制参数与收发信号的频率差值、目标距离的第一解算关系，确定所述目标调制距离对应的第一调制频率；根据所述发射信号波长，以及雷达发射信号波长、收发信号的频率差值与目标径向速度的第二解算关系，确定所述目标调制速度对应的第二调制频率；根据所述第一调制频率和所述第二调制频率相加，得到目标调制频率，根据所述目标调制频率生成所述数字编码表面的编码切换方案。

在其中一个实施例中，还包括：所述待检测雷达探测器接收到经数字编码超表面调制后的回波信号，对所述回波信号依次进行下变频和正交解调后得到所述回波信号对应的中频信号；待检测雷达探测器对所述中频信号进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果，对所述脉冲压缩处理结果进行距离-多普勒处理，得到距离-多普勒结果；对所述距离-多普勒结果进行恒虚警检测处理，通过检测结果解算得到目标信息的解算参数；所述目标信息的解算参数包括：雷达散射截面积、测量距离和测量速度。

在其中一个实施例中，还包括：通过所述目标信息与所述控制参数对比，确定待检测雷达探测器的接收机灵敏度、距离分辨率和速度分辨率。

上述雷达探测器性能测试装置和方法，采用数字编码超表面对雷达信号进行调制，模拟目标的不同特征，测试雷达的探测性能。由于数字编码超表面是直接对照射在表面的射频信号进行调制，相比于传统的基于DRFM调制转发体制的雷达测试装置，省去了收发天线、下变频、上变频等模块，大大降低了测试设备的复杂度和制造成本，且调制方式简单，操作方便，提高了雷达探测性能测试效率。

附图说明

图1为一个实施例中雷达探测器性能测试装置的结构框图；

图2为一个实施例中雷达探测器性能测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在其中一个实施例中，如图1所示，提供了一种雷达探测器性能测试装置，该装置包括：

数字编码超表面102，用于模拟各个特性的探测目标。

数字编码超表面是由数字编码超材料制备，是一种通过全数字方式对超材料进行表征、分析和设计的新型超材料，可由所赋予的编码序列灵活调制电磁波。

编码控制模块104，与数字编码超表面102连接，用于根据预设的探测目标的特性，生成编码控制指令。

编码控制指令用于控制数字编码超表面102得到对应特性的探测目标；数字编码超表面可以对接收的电磁波进行调制，通过编码控制指令，控制数字编码超表面102调控接收的待检测雷达发射的雷达信号，具体可以设置调制的频率、相位等方面的参数，从而模拟不同特性的探测目标。

值得说明的是，控制数字编码超表面102调制回波信号向待检测雷达探测器发送的雷达信号，不是直接生成，而是通过数字编码超表面102调制以设定的方式调控得到的。

终端106，与编码控制模块104连接，用于接收输入的调控指令，并将调控指令发送至编码控制模块，以使编码控制模块104根据调控指令生成编码控制指令。

终端可以是计算机、个人电脑、手机等智能终端，智能终端具备输入功能，采用键入、触控输入、鼠标等输入方式输入调控指令，从而可以灵活的对测试参数进行设置，使得数字编码超表面可以模拟不同特性的探测目标。

上述雷达探测器性能测试装置，采用数字编码超表面对雷达信号进行调制，模拟目标的不同特征，测试雷达的探测性能。由于数字编码超表面是直接对照射在表面的射频信号进行调制，相比于传统的基于DRFM调制转发体制的雷达测试装置，省去了收发天线、下变频、上变频等模块，大大降低了测试设备的复杂度和制造成本，且调制方式简单，操作方便，提高了雷达探测性能测试效率。

在其中一个实施例中，数字编码超表面包括多个周期排布的数字可编程的人工单元，人工单元包括两种电磁响应状态，两种电磁响应状态的相位值不同，通过控制数字编码超表面的人工单元不同的电磁响应状态，模拟不同特性的探测目标。本实施例中，通过设计数字编码超表面的人工单元不同的电磁响应状态的排布，调制得到的回波信号不同，因此实现模拟不同特性的探测目标的目的。

具体的，两种电磁响应状态的相位值可以相差180度，且人工单元的单元周期为半波长。

在其中一个实施例中，人工单元包括由偏置电压控制的开关二极管，通过开关二极管的开关状态控制人工单元呈现两种电磁响应状态。

开关二极管包括开和关两种状态，分别与两种电磁响应状态对应，因此，在不同的偏置电压控制下，开关二极管呈现不同的开关状态，对应人工单元呈现不同的电磁响应状态。

具体的，编码控制指令为二进制编码，二进制编码的每一位是“0”或“1”，因此可以将两种电磁响应状态分别编码为“0”和“1”，对应二进制编码为“1”时，控制人工单元的电磁响应状态时“1”，对应二进制编码为“0”时，控制人工单元的电磁响应状态时“0”，具体的，二进制编码是通过输出不同的偏置电压实现的。

在其中一个实施例中，数字编码超表面的适用频段需与待测雷达频段一致。

在其中一个实施例中，编码控制模块包括：控制接口；控制接口与各个人工单元连接的布线长度相等，以保证超表面编码切换的同步性。

在其中一个实施例中，编码控制模块基于FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)设计制备，接收来自终端的调控指令。通过模拟目标特征参数解析数字超表面编码控制方案，依据编码方案通过I/O接口给超表面各人工单元提供对应的偏置电压，以实现对数字编码超表面的控制。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种雷达探测器性能测试方法，以该方法应用于图1中的雷达探测器性能测试装置为例进行说明，包括以下步骤：

步骤202，通过终端接收预设的探测目标的控制参数，根据控制参数和待检测雷达探测器的信号调制参数，生成调控指令。

控制参数可以是通过在终端的输入装置中输入，输入装置可以是键盘、鼠标、触控屏等。根据设置不同的控制参数，可以模拟不同的探测目标。待检测雷达探测器的信号调制参数指的是待检测雷达的固有参数，例如：发射信号波长、调制周期等。

调控指令可以是对数据按照特定协议之后打包的数据包，在接收到调控指令之后，通过特定协议可以解析得到控制参数、信号调制参数等。

步骤204，通过编码控制模块解析调控指令，根据信号调制参数将控制参数进行解析，得到探测目标对应的编码控制指令。

编码控制模块可以解析得到探测目标的控制参数，然后在得到信号调制参数之后，可以根据信号调制参数将控制参数进行解析，从而得到编码控制指令，以控制数字编码超表面调制回波信号。

步骤206，通过数字编码超表面响应编码控制指令调制待检测雷达探测器的回波信号。

在接收到待检测雷达探测器的发射信号之后，通过编码控制指令对发射信号进行编码调控，生成回波信号。

步骤208，将调制后的回波信号反射至待检测雷达探测器，以使待检测雷达探测器根据回波信号解析得到探测目标的目标信息。

待检测雷达探测器接收到回波信号之后，可以经信号处理解析得到探测目标的目标信息。

步骤210，通过目标信息与控制参数对比，确定待检测雷达探测器的性能。

在其中一个实施例中，信号调制参数包括：发射信号波长、调制周期以及调制带宽。生成调控指令的步骤包括：通过终端接收预设的探测目标控制参数；控制参数包括：目标幅度调控参数、目标调制距离以及目标调制速度；根据信号调制参数和终端预设的目标调制参数生成包含目标幅度调控参数、目标调制距离、目标调制速度、发射信号波长、调制周期以及调制带宽的调控指令。本实施例中，调控指令是对数据采用预先设置的通讯协议打包得到的。对应的，编码控制模块根据通讯协议可以解析调控指令。

具体的，调控指令是通过网口传输至编码控制模块的。

在其中一个实施例中，得到编码控制指令的步骤包括：通过编码控制模块解析调控指令，得到目标幅度调控参数、目标调制距离参数、目标调制速度参数、发射信号波长参数；根据目标幅度调控参数，反演得到数字编码超表面的散射方向图；根据散射方向图，确定数字编码超表面中各个人工单元的编码方案；根据调制周期和所述调制带宽，以及线性调频信号调制参数与收发信号的频率差值、目标距离的第一解算关系，确定目标调制距离对应的第一调制频率；根据发射信号波长，以及雷达发射信号波长、收发信号的频率差值以及目标径向速度的第二解算关系，确定目标调制速度对应的第二调制频率；将第一调制频率和第二调制频率相加，得到目标调制频率，根据目标调制频率和各个人工单元的偏置电压，生成数字编码表面的编码切换方案的编码控制指令。

具体的，第一解算关系为：

其中，R表示目标距离，Δf表示收发信号的频率差值，c表示光速，T表示调制周期，B表示调制带宽。

第二解算关系为：

其中，λ表示发射信号波长，V_r表示目标径向速度。需要说明的是，目标相对雷达的径向速度可能为负值，对应的第二调制频率也为负值。

本实施例中，得到目标调频频率，目标调频频率是用于以该频率控制偏置电压切换，例如：原本对应编码“1”的偏置电压，以目标调频频率切换至编码“0”。

在其中一个实施例中，目标信息包括：雷达散射截面积、测量距离和测量速度，具体计算目标信息的过程包括：所述待检测雷达探测器接收到经数字编码超表面调制后的回波信号，对回波信号依次进行下变频和正交解调后得到回波信号对应的中频信号，待检测雷达探测器对中频信号进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理的处理结果，对脉冲压缩处理的处理结果进行距离-多普勒处理，得到距离-多普勒结果；对距离-多普勒结果进行恒虚警检测处理，通过恒虚警检测处理的检测结果解得到目标信息的解算参数；目标信息的解算参数包括：雷达散射截面积、测量距离和测量速度。本实施例中，通过解算参数，可以进一步分析，得到目标信息。

在另一个实施例中，通过目标信息与控制参数对比，确定待检测雷达探测器的接收机灵敏度、测距性能和测速性能。测距性能包括：测距范围、测距精度和距离分辨率；测速性能包括：测速范围、测速精度和速度分辨率。

具体的，在显控终端调节目标幅度衰减值，记录探测结果，通过多组测试结果分析待测雷达的接收机灵敏度。

在显控终端调节模拟目标调制速度，记录探测结果，通过多组测试结果分析待测雷达的测速范围和测速精度；通过同时模拟两个速度相近的目标，并调节两目标的速度差，分析检测结果得到待测雷达的速度分辨率。

在显控终端调节模拟目标调制距离，记录探测结果，通过多组测试结果分析待测雷达的测距范围和测距精度；通过同时模拟两个距离相近的目标，调节两目标的间距，分析检测结果得到待测雷达距离分辨率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种雷达探测器性能测试装置，所述装置包括：

数字编码超表面，用于模拟不同特性的探测目标；

编码控制模块，与所述数字编码超表面连接，用于根据预设的探测目标的特性，生成编码控制指令；所述编码控制指令用于控制所述数字编码超表面调控接收的待检测雷达发射的雷达信号，得到对应特性的探测目标；

终端，与所述编码控制模块连接，用于根据接收输入的调控指令，并将所述调控指令发送至所述编码控制模块，以使所述编码控制模块根据所述调控指令生成所述编码控制指令。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字编码超表面包括多个周期排布的数字可编程的人工单元；所述人工单元可呈现两种电磁响应状态，所述两种电磁响应状态的相位值不同；

通过控制所述数字编码超表面的所述人工单元处于不同的电磁响应状态，模拟不同特性的探测目标。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述人工单元包括由偏置电压控制的开关二极管；

通过所述开关二极管的开关状态控制所述人工单元动态呈现两种不同电磁响应状态。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述编码控制指令为二进制编码，根据二进制编码中的0和1生成不同的偏置电压，所述偏置电压用于控制所述开关二极管的开关状态。

5.根据权利要求2至4任一项所述的装置，其特征在于，所述编码控制模块包括：控制接口；

所述控制接口与各个所述人工单元连接的布线长度相等。

6.一种雷达探测器性能测试方法，其特征在于，所述方法包括：

通过终端接收预设的探测目标的控制参数，根据所述控制参数和待检测雷达探测器的信号调制参数，生成调控指令；

通过编码控制模块解析所述调制指令，根据所述信号调制参数将所述控制参数进行解析，得到探测目标对应的编码控制指令；

通过数字编码超表面响应所述编码控制指令调制待检测雷达探测器的回波信号；

将调制后所述回波信号反射至待检测雷达探测器，以使所述待检测雷达探测器根据所述回波信号解析得到探测目标的目标信息；

通过所述目标信息与所述控制参数对比，确定待检测雷达探测器的性能。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信号调制参数包括：发射信号波长、调制周期以及调制带宽；

通过终端接收预设的探测目标的控制参数，根据所述控制参数和待检测雷达探测器的信号调制参数，生成调控指令，包括：

通过终端接收预设的探测目标的控制参数；所述控制参数包括：目标幅度调控参数、目标调制距离以及目标调制速度；

根据所述信号调制参数和所述控制参数生成调控指令。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述编码控制模块解析所述调控指令，根据所述信号调制参数将所述控制参数进行解析，得到探测目标对应的编码控制指令，包括：

通过编码控制模块解析所述调控指令，得到目标幅度调控参数、目标调制距离参数、目标调制速度参数；

根据所述目标幅度调控参数，反演得到数字编码超表面的散射方向图；

根据所述散射方向图，确定所述数字编码超表面中各个人工单元的编码方案；

根据所述调制周期和所述调制带宽，以及线性调频信号调制参数与收发信号的频率差值、目标距离的第一解算关系，确定所述目标调制距离对应的第一调制频率；

根据所述发射信号波长，以及雷达发射信号波长、收发信号的频率差值与目标径向速度的第二解算关系，确定所述目标调制速度对应的第二调制频率；

将所述第一调制频率和所述第二调制频率相加，得到目标调制频率，根据所述目标调制频率和所述各个人工单元的偏置电压，生成所述数字编码超表面的编码切换方案的编码控制指令。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述回波信号发送至待检测雷达探测器，以使所述待检测雷达探测器根据所述回波信息解析得到探测目标的目标信息，包括：

将所述回波信号发送至待检测雷达探测器，以使所述待检测雷达探测器对所述回波信号依次进行下变频和正交解调后得到所述回波信号对应的中频信号；

待检测雷达探测器对所述中频信号进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理的处理结果，对脉冲压缩处理的处理结果进行距离-多普勒处理，得到距离-多普勒结果；

对所述距离-多普勒结果进行恒虚警检测处理，通过恒虚警处理的检测结果解算得到目标信息的解算参数；所述目标信息的解算参数包括：雷达散射截面积、测量距离和测量速度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述目标信息与所述控制参数对比，确定待检测雷达探测器的性能，包括：

通过所述目标信息与所述控制参数对比，确定待检测雷达探测器的接收机灵敏度、测距性能和测速性能。

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