CN112965037A - 雷达信号波形不确定度测试系统 - Google Patents

雷达信号波形不确定度测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种雷达信号波形不确定度测试系统，测试时间短，自动化程度高。本发明通过下述技术方案实现：在测量过程中，雷达端机发射的雷达激励信号经功分器分为3路，第1路雷达激励信号经雷达目标模拟器产生雷达回波信号，并输入至雷达端机接收端；第2路雷达激励信号经射频电缆送入宽带采集存储分析设备，宽带采集存储分析设备实时测量雷达信号，生成时间、频率、调制测量数据传递至数据分析计算机；第3路雷达激励信号通过雷达天线辐射出去，电子侦察设备测量到达信号的功率，生成雷达信号的功率测量数据，传递至数据分析计算机。数据分析计算机内波形不确定度计算软件统计各个维度的测量值变化数量，计算雷达信号波形不确定度。

Description

雷达信号波形不确定度测试系统
技术领域
本发明涉及一种关于雷达信号波形不确定度的测试系统，用于评估雷达系统的低截获性能。
背景技术
随着雷达技术的发展，雷达信号形式日趋复杂，对雷达信号的波形测试一直是雷达测试的关键技术和难点。雷达信号的脉内特性是雷达信号细微特征的重要体现，主要表现为脉内的各种调制，依据不同调制方式特点又体现在脉内信号的幅度、频率和相位上。雷达信号的波形不确定度和不规则度的细节信息，集中体现了不同调制方式的差异。波形不确定度是指雷达信号在时间域、频率域、调制域、功率域等多维辐射参数的集合，是评价雷达信号低截获性能的主要技术指标之一，雷达信号的波形不确定度越高，其被侦察设备截获的概率越低，低截获性能就越好。在雷达波形设计阶段，主要在时间域、频率域、调制域和功率域实现。在时间域，雷达信号的波形不确定度主要体现在脉冲层次，雷达信号的脉冲形状多种多样，包括矩形脉冲、半正弦脉冲、余弦平方脉冲、高斯脉冲等等，不同的脉冲形状对应的频谱不同；雷达信号的脉冲宽度会根据距离分辨率要求和动目标指示系统的改善因子要求进行相应的设计；雷达信号的脉冲重复周期会根据使用要求选择不同的变化类型，常见的变化类型有固定、摇摆、参差和脉冲组等等。在频率域，雷达信号的波形不确定度主要体现为频率捷变，频率捷变雷达可以随机切换编码方式，这就使得侦察方难以根据已收到的雷达脉冲频率值来预测下一个雷达脉冲频率，因而也难以引导干扰机实施频率瞄准式干扰，也就是说，频率捷变雷达有较强的抗截获、抗干扰特性。在调制域，雷达信号一般采用脉冲压缩技术实现大的时间带宽积，进而实现信号的低截获特征。因为信道化截获接收机的梳状滤波器组中的单个滤波器带宽不可能做得很宽，所以对抗信道化截获接收机的有效手段是采用宽带波形，常见的低截获信号类型有线性调频信号、相位编码信号和相移键控/频移键控混合编码信号等。在功率域，雷达信号采用功率控制的方法，减小雷达天线的辐射能量，实现信号的低截获特征。
对雷达信号的波形不确定度测试研究非常必要。由于专业的特殊性，雷达信号波形不确定度的测试方法在国外鲜有报道。国内也仅有少数单位进行了研究。西北工业大学以脉冲分选评估雷达的波形不确定度，将常规雷达信号的波形不确定度设为基准，通过比较复杂波形雷达信号和常规雷达信号在对抗脉冲分选时的分选时间、分选识别程度以及分选准确率三个指标，得到各种雷达信号的波形不确定度。在实际应用中，更普遍的做法是对信号的时间域、频率域、调制域和功率域四个维度的变化情况分别作测试验证，四个维度的变化集合即为雷达信号的波形不确定度。这种定义及测试方法被业内普遍认可，然而不同维度的测试需要配置不同的测试仪器且在不同的场景下完成。在时间域，采用示波器对信号的脉冲宽度和脉冲重复周期进行测量，在时域中提取的特征易受载频变化的影响，虽然采用的时域算法，处理速度较快，有较高的检测概率和参数测量精度，但易受噪声影响，因而在较低信噪比情况下误差较大。在频率域，需采用频谱仪对信号频率进行测量。在调制域，采用调制分析仪对信号的调制带宽等参数进行测量。在功率域，采用功率计对信号的功率变化进行测量分析。最后对四个维度的测试结果进行数据处理，进一步计算得到待测雷达信号的波形不确定度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种硬件结构简单，测试时间短，自动化程度高，检测概率高，并且场景真实的雷达信号波形不确定度测试系统。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现：一种雷达信号波形不确定度测试系统，包括：通过网线连接数据分析计算机的电子侦察设备和宽带采集存储分析设备，通过射频电缆连接电子侦察设备的侦察天线，以及通过低频电缆连接电子侦察设备、宽带采集存储分析设备和待测雷达端机的时统设备，其特征在于：在测量过程中，雷达端机发射的雷达激励信号经功分器分为3路，第1路雷达激励信号经射频电缆连接雷达目标模拟器，雷达目标模拟器可根据设置参数产生雷达回波信号，雷达回波信号经射频电缆输入至雷达端机接收端；第2路雷达激励信号经射频电缆送入宽带采集存储分析设备，宽带采集存储分析设备对雷达信号进行采集存储，实时测量雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽并进行带宽归一化处理，通过网线将宽带采集存储分析设备的测量数据传递至数据分析计算机；第3路雷达激励信号通过射频电缆送入雷达天线，将激励信号辐射出去，电子侦察设备通过连接的侦察天线对雷达辐射信号进行侦收，并测量到达信号的功率，生成雷达信号的功率测量数据，通过网线将功率测量数据传递至数据分析计算机；数据分析计算机内波形不确定度计算软件根据宽带采集存储分析设备生成的雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽测量数据和电子侦察设备生成的雷达信号的功率测量数据，对数据进行处理，统计各个维度的测量值变化数量，计算雷达端机发送时间内的雷达信号波形不确定度。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
硬件结构简单。本发明包括通过网线连接数据分析计算机的电子侦察设备和宽带采集存储分析设备，通过射频电缆连接电子侦察设备的侦察天线，以及通过低频电缆连接电子侦察设备、宽带采集存储分析设备和待测雷达端机的时统设备，显著降低了资源占用情况，具有工作速度快，资源利用率高，硬件结构简单的特点。
测试时间短。本发明采用雷达端机发射的雷达激励信号经功分器分为3路，第1路雷达激励信号经射频电缆连接的雷达目标模拟器，根据设置参数产生雷达回波信号，雷达回波信号经射频电缆输入至雷达端机接收端；第2路雷达激励信号经射频电缆送入宽带采集存储分析设备，宽带采集存储分析设备对雷达信号进行采集存储，并对雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽进行实时测量和带宽归一化处理，带宽归一化处理排除了带外噪声的影响和扫频宽度或码长变化的影响，减少了特征提取的计算量；第3路雷达激励信号经雷达天线辐射出去，被连接侦察天线的电子侦察设备侦收，并进行到达信号功率的测量。通过网线将数据传递至数据分析计算机，计算雷达信号波形不确定度，相较于现有雷达信号波形不确定度测试方法，可以同时完成对雷达信号的时间域、频率域、调制域和功率域的测试，大大缩短了测试时间。
自动化程度高。本发明采用宽带采集存储分析设备进行雷达信号时间域、频率域、调制域的测试；采用电子侦察设备连接侦察天线进行雷达信号功率域的测试，通过网线将测量数据传递至数据分析计算机内波形不确定度计算软件进行波形不确定度计算，相较于现有雷达信号波形不确定度测试方法，本发明在配置好测试环境后，只需在雷达显控计算机配置所需波形参数，在宽带采集存储分析设备和电子侦察设备配置侦收参数，即可完成自动测试，由数据分析计算机内波形不确定度计算软件直接输出所测雷达信号波形不确定度数值，无须重复连接射频电缆等，自动化程度高。
检测概率高。本发明采用波形不确定度计算软件接收宽带采集存储分析设备和电子侦察设备生成的雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽测量数据和功率测量数据，对数据进行处理，统计各个维度的测量值变化数量，计算雷达端机发送时间的雷达信号波形不确定度。与传统检测方法相比，不额外增加逻辑资源，大大减少了运算量，可在低信噪比条件下迅速完成对信号的高精度检测，不仅可以测量雷达脉冲信号的常规参数，还可以完成调制类型识别与调制参数测量，对雷达信号的检测概率高。
场景真实。本发明配置有雷达目标模拟器，直接接收雷达端机发出的激励信号，采用高速数字化采样与处理技术，将雷达端机发射的激励信号经下变频后进行数字化采样，通过存储与调制采样的数据，模拟目标的距离与速度特性，利用数字化处理进行多目标模拟。雷达目标模拟器充分考虑了雷达作为射频传感器的任务性能，测量值更接近于雷达使用场景，测量场景真实。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。
图1是本发明雷达信号波形不确定度测试系统的测试原理框图。
图2是图1的测试流程。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种雷达信号波形不确定度测试系统，包括：通过网线连接数据分析计算机的电子侦察设备和宽带采集存储分析设备，通过射频电缆连接电子侦察设备的侦察天线，以及通过低频电缆连接电子侦察设备、宽带采集存储分析设备和待测雷达端机的时统设备。在测量过程中，雷达端机发射的雷达激励信号经功分器分为3路，第1路雷达激励信号经射频电缆连接的雷达目标模拟器，根据雷达目标模拟器的设置参数产生雷达回波信号，雷达回波信号经射频电缆输入至雷达端机接收端；第2路雷达激励信号经射频电缆连接宽带采集存储分析设备，宽带采集存储分析设备对雷达信号进行采集存储，并对雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽进行实时测量，之后将数据通过网线传递至数据分析计算机内波形不确定度计算软件供雷达信号波形不确定度计算；第3路雷达激励信号经射频电缆连接雷达天线，雷达天线将激励信号辐射出去，用电子侦察设备连接侦察天线对雷达辐射信号进行侦收，并测量到达信号的功率，之后将数据通过网线传递至数据分析计算机内波形不确定度计算软件供雷达信号波形不确定度计算；数据分析计算机内波形不确定度计算软件通过网线接收宽带采集存储分析设备生成的雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽测量数据和电子侦察设备生成的雷达信号的功率测量数据后，对数据进行处理，并计算雷达端机发送时间的雷达信号波形不确定度。
相连雷达端机的雷达显控计算机设定雷达系统任务类型，并控制雷达端机产生规定波形不确定度量值的雷达信号和发射激励信号的开始和停止时间。
在测量过程中，时统设备产生B码信号，通过低频电缆将B码信号送至雷达端机、宽带采集存储分析设备、电子侦察设备，为上述各种被试对象与测试系统提供统一的时间基准，保持被试对象与测试系统时间的高度统一，保证各种设备高精度同步运行。
雷达目标模拟器对雷达发射信号进行采集，根据雷达端机发射波形，模拟雷达目标回波信号特性，输出信号用于雷达任务性能的注入式测试。
雷达端机接收雷达回波信号，解算目标的距离、速度参数，实现雷达系统预先设定的距离测量精度和速度测量精度的任务性能。
宽带采集存储分析设备在有线条件下采集雷达激励信号，并进行雷达激励信号的时间域、频率域、调制域参数的测量。雷达激励信号经变频、放大、滤波后生成中频信号，中频信号经模拟数字转换器(ADC)前端采样后进行短时傅里叶变换(STFT)，将信号变换至时频域进行分析处理，通过设定合适的信号门限对脉冲信号进行初步的检测筛选，生成保宽脉冲。用现场可编程门阵列(FPGA)计数器对保宽脉冲的脉冲上升沿和下降沿进行统计计数，得到脉冲到达时间、脉冲宽度和脉冲重复周期；对STFT后的信号进行相位差测频得到工作频率；分析脉内、脉间特征得到调制带宽。将测量得到的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽保存为脉冲描述字(PDW)数据文件，并存储到磁盘阵列中。
电子侦察设备通过侦察天线，在无线条件下采集雷达辐射信号，并进行雷达辐射信号的功率域的测量，雷达信号功率的测量值Pt通过对到达电子侦察设备信号功率进一步计算得到，公式如下：
Figure BDA0002942187810000051
其中，SE为到达电子侦察设备的信号功率，RE为雷达天线到侦察天线的距离，LE为电子侦察设备的接收损耗，GE为侦察天线指向雷达天线方向的增益，λ为信号波长。
通过网线连接宽带采集存储分析设备和电子侦察设备的数据分析计算机，内置雷达信号波形不确定度计算软件对宽带采集存储分析设备和电子侦察设备送来的雷达信号时间域、频率域、调制域和功率域的测量参数在各自维度进行数据剔除、数据归类等处理后，统计各个维度的测量值变化数量，根据雷达信号波形不确定度＝时间域变化数量×频率域变化数量×调制域变化数量×功率域变化数量计算公式，计算出雷达信号的波形不确定度。
参阅图2。在雷达信号波形不确定度的测试中，测试环境布置的雷达显控计算机、雷达端机、雷达目标模拟器、雷达天线、时统设备、宽带采集存储分析设备、电子侦察设备和数据分析计算机各类测试设备加电后，对雷达端机、雷达目标模拟器、宽带采集存储分析设备、电子侦察设备配置工作参数。在雷达显控计算机上设置雷达任务类型及工作模式。在雷达目标模拟器的操作界面上设置雷达目标的参数，在宽带采集存储分析设备和电子侦察设备的操作界面上设置中心频率、带宽等参数。
在雷达显控计算机上控制雷达端机根据已配置波形参数开始辐射，宽带采集存储分析设备和电子侦察设备进行信号采集，测量雷达信号在时间域、频率域、调制域和功率域的参数。
在雷达显控计算机上控制雷达端机停止辐射，宽带采集存储分析设备和电子侦察设备停止信号采集，在数据分析计算机波形不确定度计算软件上进行测量数据处理，根据处理后的测量数据计算雷达信号波形不确定度，得到波形不确定度测量结果。

Claims (10)

1.一种雷达信号波形不确定度测试系统，包括：通过网线连接数据分析计算机的电子侦察设备和宽带采集存储分析设备，通过射频电缆连接电子侦察设备的侦察天线，以及通过低频电缆连接电子侦察设备、宽带采集存储分析设备和待测雷达端机的时统设备，其特征在于：在测量过程中，雷达端机发射的雷达激励信号经功分器分为3路，第1路雷达激励信号经射频电缆连接雷达目标模拟器，雷达目标模拟器可根据设置参数产生雷达回波信号，雷达回波信号经射频电缆输入至雷达端机接收端；第2路雷达激励信号经射频电缆送入宽带采集存储分析设备，宽带采集存储分析设备对雷达信号进行采集存储，实时测量雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽并进行带宽归一化处理，通过网线将宽带采集存储分析设备的测量数据传递至数据分析计算机；第3路雷达激励信号通过射频电缆送入雷达天线，将激励信号辐射出去，电子侦察设备通过连接的侦察天线对雷达辐射信号进行侦收，并测量到达信号的功率，生成雷达信号的功率测量数据，通过网线将功率测量数据传递至数据分析计算机；数据分析计算机内波形不确定度计算软件根据宽带采集存储分析设备生成的雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽测量数据和电子侦察设备生成的雷达信号的功率测量数据，对数据进行处理，统计各个维度的测量值变化数量，计算雷达端机发送时间内的雷达信号波形不确定度。
2.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：雷达显控计算机设定雷达系统任务类型，并控制雷达端机产生规定波形不确定度量值的雷达信号和发射激励信号的开始和停止时间。
3.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：在测量过程中，时统设备产生B码信号，通过低频电缆将B码信号送至雷达端机、宽带采集存储分析设备和电子侦察设备，为上述各种被试对象与测试系统提供统一的时间基准，保持被试对象与测试系统时间的高度统一，保证各种设备高精度同步运行。
4.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：雷达目标模拟器对雷达发射信号进行采集，根据雷达端机发射波形，模拟雷达目标回波信号特性，输出信号用于雷达任务性能的注入式测试。
5.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：雷达端机接收雷达回波信号，解算目标的距离、速度参数，实现雷达系统预先设定的距离测量精度和速度测量精度的任务性能。
6.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：宽带采集存储分析设备在有线条件下采集雷达激励信号，并进行雷达激励信号的时间域、频率域、调制域参数的测量。
7.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：宽带采集存储分析设备接收雷达激励信号，雷达激励信号经变频、放大、滤波后生成中频信号，中频信号经模拟数字转换器(ADC)前端采样后进行短时傅里叶变换(STFT)，将信号变换至时频域进行分析处理，通过设定合适的信号门限对脉冲信号进行初步的检测筛选，生成保宽脉冲。用现场可编程门阵列(FPGA)计数器对保宽脉冲的脉冲上升沿和下降沿进行统计计数，得到脉冲到达时间、脉冲宽度和脉冲重复周期；对STFT后的信号进行相位差测频得到工作频率；分析脉内、脉间特征得到调制带宽。将测量得到的脉冲宽度、脉冲重复周期、工作频率、调制带宽保存为脉冲描述字(PDW)数据文件，并存储到磁盘阵列中。
8.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：电子侦察设备通过侦察天线，在无线条件下采集雷达辐射信号，并进行雷达辐射信号的功率域的测量，雷达信号功率的测量值Pt通过对到达电子侦察设备信号功率进一步计算得到：
Figure FDA0002942187800000021
其中，SE为到达电子侦察设备的信号功率，RE为雷达天线到侦察天线的距离，LE为电子侦察设备的接收损耗，GE为侦察天线指向雷达天线方向的增益，λ为信号波长。
9.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：数据分析计算机内置雷达信号波形不确定度计算软件，对宽带采集存储分析设备和电子侦察设备送来的雷达信号时间域、频率域、调制域和功率域的测量参数，在各自维度进行数据剔除、数据归类处理后，统计各个维度的测量值变化数量，根据雷达信号波形不确定度＝时间域变化数量×频率域变化数量×调制域变化数量×功率域变化数量计算公式，计算出雷达信号的波形不确定度。
10.如权利要求1所述的雷达信号波形不确定度测试系统，其特征在于：在雷达显控计算机上控制雷达端机根据已配置波形参数开始辐射，宽带采集存储分析设备和电子侦察设备进行信号采集，测量雷达信号在时间域、频率域、调制域和功率域的参数。
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