CN111781569A - 一种民用连续波雷达目标模拟方法 - Google Patents

一种民用连续波雷达目标模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达模拟目标检测领域，具体是一种民用连续波雷达目标模拟方法,包括通过同一个有源晶振产生8路相同时钟供给8路数字频率合成器，还包括：S1：确定所测试雷达后端的接收通道数目i；S2：计算频率和衰度值；S3：将上述参数输入到8路数字频率合成器中，得到各路通道参数；S4：单个通道；S5：级联通道；S6：单个检测；S7：多个检测；通过多通道相干信号生成多通道频率相位幅度可调的信号，模拟连续波雷达不同距离角度强度的目标，解决民用连续波雷达的设计验证和生产标定问题，保证民用雷达量产时的可靠性。

Description

一种民用连续波雷达目标模拟方法
技术领域
本发明涉及雷达模拟目标检测领域，具体是一种民用连续波雷达目标模拟方法。
背景技术
近年来，雷达除军事应用外，也开始在民用领域进行使用，尤其是交通领域大显神通，复杂的应用环境需要雷达的性能稳定可靠，为了保证民用雷达生产设计的可靠性，需要一定的仪器设备来验证和检测，雷达目标模拟器是一种可行的设备，当前雷达目标模拟所使用的方法，主要针对的是多普勒体制的脉冲雷达，一般只需模拟一个通道的雷达信号即可满足要求，而民用雷达一般使用FMCW的扫描方式，且雷达的接收通道有多个，现有的目标模拟方法不适用于这种体制的雷达，因此需要一种新的雷达目标模拟方法，来满足雷达的设计验证和生产检测。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种民用连续波雷达目标模拟方法。
一种民用连续波雷达目标模拟方法,包括通过同一个有源晶振产生8路相同时钟供给8路数字频率合成器，其特征在于：还包括：
S1：确定所测试雷达后端的接收通道数目i；
S2：计算频率和衰度值：根据测试雷达的设计参数，计算需要模拟目标的距离所对应的信号的频率f，计算所需要模拟的目标的对应的衰度值a；
S3：将上述参数输入到8路数字频率合成器中，得到各路通道参数；
S4：单个通道：当所测试雷达后端接收通道数目i小于等于4时，剩余通道用来模拟多余的目标，目标参数按上述规则计算，需要将目标对应通道接入雷达的对应接收通道；
S5：级联通道：当所测试雷达后端接收通道数目i大于4并需要模拟多个目标时，取出第二套8路数字频率合成器，与第一套8路数字频率合成器级联并按照顺序形成通道；
S6：单个检测：模拟单个目标时，设置信号的频率f，可测试雷达后端的测距精度，设置信号的各通道的相位差可以检测雷达后端的测角精度，设置信号的各通道的衰减值可测得雷达后端对弱目标的检测能力；
S7：多个检测：模拟多个目标时，可用来检测雷达后端对多目标距离角度分辨能力。
所述的8路数字频率合成器使用相同的控制总线并各自使用不同的数据总线来保证信号的相干与独立调节。
所述的8路数字频率的幅度调节使用模拟开关控制衰减器的方式，实现0-70dB范围内1dB的精度调节。
所述的步骤S2中需要模拟的目标参数包括目标的距离和角度，通过以下公式进行计算：
FMCE雷达距离公式：
Figure BDA0002551995150000021
其中c为光速，单位为m/sec，kr为距离的索引值，Fsamp是雷达系统的采样频率，S是FMCW的chirp斜率，单位为Hz/sec,Nfft是雷达的1DFFT点数。
由上式再根据待模拟的雷达的参数，可以计算出需要模拟的信号的频率，即：
Figure BDA0002551995150000022
根据接收通道的数目i，计算需要模拟的目标的角度所对应的各通道的之间信号的相位差ω；
其余各通道的相位差为：
Figure BDA0002551995150000023
其中n为通道序号，d为待模拟雷达的接收天线的天线间隔，λ为待模拟雷达的工作波长，θ为需要模拟的目标的角度。
所述的步骤S3的模拟器设备对外接口为RS232接口，计算出相应的参数后，使用上位机软件按照设定好的协议将参数发送到设备上进行配置。
所述的步骤S3中各路通道参数为：
第一通道频率f，相位p，衰减a；
第二通道频率f，相位p+ω，衰减a；
...
第i通道频率f，相位p+*ω(i-1)，衰减a。
所述的步骤S4中，当对于接收通道的数量为4的雷达，使用通道一、通道二、通道三、通道四模拟目标一,通道五、通道六、通道七、通道八模拟目标二，使用时将通道一、通道五并联接入雷达接收通道一,通道二、通道六通道并联接入雷达接收通道二,通道三、通道七通道并联接入雷达接收通道三,通道四、通道八通道并联接入雷达接收通道四。
所述的步骤S5中，第二套8路数字频率合成器的通道依次为通道九,通道十，...，通道十六，各通道信号参数按照步骤S1-S4计算。
本发明的有益效果是：通过多通道相干信号生成多通道频率相位幅度可调的信号，模拟连续波雷达不同距离角度强度的目标，解决民用连续波雷达的设计验证和生产标定问题，保证民用雷达量产时的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的8路DDS控制总线结构示意图；
图2为本发明的8路DDS数据总线结构示意图；
图3为本发明的单通道信号电路结构示意图；
图4为本发明的单通道信号电路分解局部结构示意图；
图5为本发明的单通道信号电路分解局部结构示意图；
图6为本发明的单通道信号电路分解局部结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图6所示，一种民用连续波雷达目标模拟方法,包括通过同一个有源晶振产生8路相同时钟供给8路数字频率合成器，还包括：
S1：确定所测试雷达后端的接收通道数目i；
S2：计算频率和衰度值：根据测试雷达的设计参数，计算需要模拟目标的距离所对应的信号的频率f，计算所需要模拟的目标的对应的衰度值a；
S3：将上述参数输入到8路数字频率合成器中，得到各路通道参数；
S4：单个通道：当所测试雷达后端接收通道数目i小于等于4时，剩余通道用来模拟多余的目标，目标参数按上述规则计算，需要将目标对应通道接入雷达的对应接收通道；
S5：级联通道：当所测试雷达后端接收通道数目i大于4并需要模拟多个目标时，取出第二套8路数字频率合成器，与第一套8路数字频率合成器级联并按照顺序形成通道；
S6：单个检测：模拟单个目标时，设置信号的频率f，可测试雷达后端的测距精度，设置信号的各通道的相位差可以检测雷达后端的测角精度，设置信号的各通道的衰减值可测得雷达后端对弱目标的检测能力；
S7：测多个检测：模拟多个目标时，可用来检测雷达后端对多目标距离角度分辨能力。
所述的8路数字频率合成器使用相同的控制总线并各自使用不同的数据总线来保证信号的频率和相位的相干与独立调节。
如图3所示，信号的产生为数字频率合成芯片AD9837，其控制接口为标准SPI协议。MCU端的控制接口为FSYNC、SCL、KMCLK，每个都连接8个AD9837的FSYNC、SCL、KMCLK引脚，MCU端的数据接口为SDATA1、SDATA2、SDATA3、SDATA4、SDATA5、SDATA6、SDATA7、SDATA8则分别连接第1个AD9837的SDATA引脚，第2个AD9837的SDATA引脚，……，第8个AD9837的SDATA引脚，其中AD9837的输出VOUT分别依次对应为通道一至通道八。在每个AD9837的VOUT输出后接入一个OPA830芯片构成的放大电路来放大数字频率合成芯片的输出。使用时MCU按照SPI协议设置控制总线，再设置不同的数据总线，即可对8个AD9837同时且独立的设置，保证产生的8路信号的相关性和独立性。
如图3所示，各个数字频率合成芯片的输出VOUT经过放大电路后进入衰减电路。衰减电路由8组PI型电阻衰减网络组成，按离VOUT由近及远衰减网络的大小依次为20dB，20dB，10dB，10dB，5dB，2dB，2dB，1dB，通过选择组合能合成0-70dB范围内的任意衰减。数字频率合成芯片输出的信号VOUT经过第1个模拟开关ADG836,根据模拟开关的设置，选择从导线或PI型电阻衰减网络流入下一级，若从PI型电阻衰减网络经过，则信号将会被衰减相应的大小。进入下一级后，继续根据第2个模拟开关ADG836的设置选择路线，……,依次通过8个模拟开关后，最终完成信号的衰减。
对模拟开关的控制，如图2所示，图中的芯片为74HC595串转并芯片，其按照标准SPI协议工作，MCU的控制接口SCLK、MR、ST_CP均与每个74HC595串转并芯片对应的引脚连接，MCU的数据输出接口MOSI接入第一个74HC595串转并芯片的串行输入引脚DS，同时该芯片的串行数据输出Q7’接入到下一个74HC595串转并芯片的串行输入引脚DS，按照上述方法，其余74HC595串转并芯片也依次串联，最后一个74HC595串转并芯片的串行数据输出Q7’连接到MCU的数据输入接口MISO。其中按照与MOSI接口最近的一个74HC595串转并芯片为第一串转并芯片，然后其余74HC595串转并芯片依次按照由近及远命名为第二串转并芯片、第三串转并芯片……第八串转并芯片，从而分别依次对应通道一至通道八。按照上述，可知对信号的衰减可以转换为对模拟开关ADG836的控制，同理可转换到设置各个74HC595的输出Q1-Q7的值。按照上述的设计，最终只需将衰减值进行简单变换，MCU通过控制接口SCLK、MR、ST_CP，将对应的数据串行写入到MOSI数据线上即可控制模拟开关，最终完成信号的衰减设置，从而对信号的幅度进行调节。
通过多通道相干信号生成多通道频率相位幅度可调的信号，模拟连续波雷达不同距离角度强度的目标，解决民用连续波雷达的设计验证和生产标定问题，保证民用雷达量产时的可靠性。
通过采用单个有源晶振产生8路相同的时钟信号用来驱动8路DDS，同时这8路DDS共用一路控制总线，各自单独使用不同的数据总线来使得DDS输出同步。
如图3所示，所述的8路数字频率的幅度调节使用模拟开关控制衰减器的方式，即单通道信号的幅度调节使用模拟开关和固定衰减器的方式控制，设计了0-70dB衰减调节范围，实现0-70dB范围内1dB的精度调节。
所述的步骤S2中需要模拟的目标参数包括目标的距离和角度，通过以下公式进行计算：
FMCE雷达距离公式：
Figure BDA0002551995150000061
其中c为光速(m/sec)，kr为距离的索引值，Fsamp是雷达系统的采样频率，S是FMCW的chirp斜率(Hz/sec),Nfft是雷达的1DFFT点数。
由上式再根据待模拟的雷达的参数，可以计算出需要模拟的信号的频率，
Figure BDA0002551995150000062
根据接收通道的数目i，计算需要模拟的目标的角度所对应的各通道的之间的信号的相位差ω。
以通道一为参考，其余各通道的相位差为：
Figure BDA0002551995150000063
其中n为通道序号，d为待模拟雷达的接收天线的天线间隔，λ为待模拟雷达的工作波长，θ为需要模拟的目标的角度。
所述的步骤S3的模拟器设备对外接口为RS232接口，计算出相应的参数后，使用上位机软件按照设定好的协议将参数发送到设备上进行配置。
所述的步骤S3中各路通道参数为：
第一通道频率f，相位p，衰减a；
第二通道频率f，相位p+ω，衰减a；
...
第i通道频率f，相位p+*ω(i-1)，衰减a。
所述的相位为任意数。
使用多通道相干信号发生模拟单个目标的距离角度强度信息，可将多套多通道信号发生设备级联配合来模拟多目标信息。
所述的步骤S4中，当对于接收通道的数量为4的雷达，使用通道一、通道二、通道三、通道四模拟目标一,通道五、通道六、通道七、通道八模拟目标二，使用时将通道一、通道五并联接入雷达接收通道一,通道二、通道六通道并联接入雷达接收通道二,通道三、通道七通道并联接入雷达接收通道三,通道四、通道八通道并联接入雷达接收通道四。
所述的步骤S5中，第二套8路数字频率合成器的通道依次为通道九,通道十，...，通道十六，各通道信号参数步骤S1-S4计算。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种民用连续波雷达目标模拟方法,包括通过同一个有源晶振产生8路相同时钟供给8路数字频率合成器，其特征在于：还包括：
S1：确定所测试雷达后端的接收通道数目i；
S2：计算频率和衰度值：根据测试雷达的设计参数，计算需要模拟目标的距离所对应的信号的频率f，计算所需要模拟的目标的对应的衰度值a；
S3：将上述参数输入到8路数字频率合成器中，得到各路通道参数；
S4：单个通道：当所测试雷达后端接收通道数目i小于等于4时，剩余通道用来模拟多余的目标，目标参数按上述规则计算，需要将目标对应通道接入雷达的对应接收通道；
S5：级联通道：当所测试雷达后端接收通道数目i大于4并需要模拟多个目标时，取出第二套8路数字频率合成器，与第一套8路数字频率合成器级联并按照顺序形成通道；
S6：单个检测：模拟单个目标时，设置信号的频率f，可测试雷达后端的测距精度，设置信号的各通道的相位差可以检测雷达后端的测角精度，设置信号的各通道的衰减值可测得雷达后端对弱目标的检测能力；
S7：多个检测：模拟多个目标时，可用来检测雷达后端对多目标距离角度分辨能力。
2.根据权利要求1所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的8路数字频率合成器使用相同的控制总线并各自使用不同的数据总线来保证信号的频率和相位的相干与独立调节。
3.根据权利要求1所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的8路数字频率的幅度调节使用模拟开关控制衰减器的方式，实现0-70dB范围内1dB的精度调节。
4.根据权利要求1所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的步骤S2中需要模拟的目标参数包括目标的距离和角度，通过以下公式进行计算：
FMCE雷达距离公式：
Figure FDA0002551995140000011
其中c为光速，单位为m/sec，kr为距离的索引值，Fsamp是雷达系统的采样频率，S是FMCW的chirp斜率，单位为Hz/sec,Nfft是雷达的1D FFT点数；
由上式再根据待模拟的雷达的参数，可以计算出需要模拟的信号的频率，即：
Figure FDA0002551995140000021
根据接收通道的数目i，计算需要模拟的目标的角度所对应的各通道的之间信号的相位差ω；
其余各通道的相位差为：
Figure FDA0002551995140000022
其中n为通道序号，d为待模拟雷达的接收天线的天线间隔，λ为待模拟雷达的工作波长，θ为需要模拟的目标的角度。
5.根据权利要求1所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的步骤S3的模拟器设备对外接口为RS232接口，计算出相应的参数后，使用上位机软件按照设定好的协议将参数发送到设备上进行配置。
6.根据权利要求5所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的步骤S3中各路通道参数为：
第一通道频率f，相位p，衰减a；
第二通道频率f，相位p+ω，衰减a；
...
第i通道频率f，相位p+*ω(i-1)，衰减a。
7.根据权利要求1所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的步骤S4中，当对于接收通道的数量为4的雷达，使用通道一、通道二、通道三、通道四模拟目标一,通道五、通道六、通道七、通道八模拟目标二，使用时将通道一、通道五并联接入雷达接收通道一,通道二、通道六通道并联接入雷达接收通道二,通道三、通道七通道并联接入雷达接收通道三,通道四、通道八通道并联接入雷达接收通道四。
8.根据权利要求1所述的一种民用连续波雷达目标模拟方法，其特征在于：所述的步骤S5中，第二套8路数字频率合成器的通道依次为通道九,通道十，...，通道十六，各通道信号参数按照步骤S1-S4计算。
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