CN113219427A - 基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统及方法 - Google Patents

基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统及方法,在近距离储频式雷达射频回波模拟时,模拟器的接收通道和模拟器的发射通道都采用线性放大系统,通过测试接收的最大雷达发射信号幅值,调整模拟器接收通道衰减和放大增益,保证接收的最大信号幅度恒定,在输入到储频AD芯片时不饱和;通过合理分配数字增益和模拟器放大增益,使模拟器能够模拟不同大小、不同起伏特性、不同目标距离、不同雷达ERP的雷达目标回波。本发明简单可靠,可广泛用于辐射式雷达射频回波模拟中,具有良好的应用前景和综合效益。

Description

基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及复杂电磁环境构建装备技术领域,具体为一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统及方法。
背景技术
为实装构建动态复杂电磁环境,需要能够逼真模拟目标的回波起伏特性,同时不受雷达状态影响,真实反应雷达在扫描过程中带来的幅度变化特性。
通常雷达回波模拟,采用直接回波功率控制的方法,即接收到雷达的发射信号后,根据需要模拟的目标距离,根据设定目标的RCS,以及设定的雷达ERP,经过计算,在模拟器端直接输出雷达射频回波,功率为计算值。
相对复杂一点的辐射式雷达回波模拟器,对接收的雷达发射信号进行实时检测,测出每个脉冲发射功率,根据测出的发射功率,设置模拟器信号功率,辐射出返回给雷达,雷达能够接收到因发射功率变化而变化的回波信号。
对于相对简单的雷达射频回波模拟器,这样只要模拟器接收到过门限的雷达发射信号,就按设定的功率值进行辐射。并不反映雷达发射波束指向偏差带来的回波强度变化特性,雷达发射机功率变化,或性能降低,或其他波束控制偏差、故障引起的问题,将不能反映到试验过程中,对系统调试、雷达威力和精度的测试,不能真实反应雷达的性能。
对于相对复杂的雷达回波模拟器,需要对雷达的每个发射脉冲进行雷达辐射功率检测,在进行发射功率输出控制,设备复杂,需要专门的功率检测电路或数字处理程序,功率检测精度也会影响回波模拟的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于雷达反射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,。
实现本发明目的的技术方案为:一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,包括依次连接的接收天线、接收机、数字储频模拟器、数字调制DA、模拟放大模块以及天线,所述接收天线用于接收雷达信号,所述接收机用于接收雷达信号,所述雷达信号幅度在接收机线性动态范围内恒定,所述数字储频模拟器用于对雷达信号进行采样、存储,所述数字调制DA用于将数字信号转换为模拟信号,所述模拟放大模块用于对模拟信号进行线性放大,所述天线用于将放大后的模拟信号发射出去。
优选地,所述接收天线对准雷达天线且满足远场条件。
优选地,所述调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益根据目标RCS值、RCS起伏特性、目标距离、雷达设置ERP、模拟器与雷达之间距离,分配调制。
优选地,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益的公式为:
Figure BDA0003078964140000021
式中,σ1为不同的目标RCS,r1为不同的目标模拟器到雷达的距离,R1为不同的目标到雷达距离,L11为不同目标到雷达的距离相关的大气衰减;L21为模拟不同目标时模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,K1为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,K为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准,R为目标到雷达距离,L1为目标到雷达的距离相关的大气衰减,L2为模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,σ为目标RCS值,r为目标模拟器到雷达的距离。
本发明还提出了一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法,具体步骤为:
第一步:将接收天线放置于雷达附近,满足远场条件,且接收天线对准雷达天线;
第二步:雷达对外辐射,使接收天线能够检测到雷达的最大辐射信号,检测收到的雷达最大发射信号的幅度;
第三步:设置接收增益,在雷达最大发射信号条件下,使信号幅度在接收机线性动态范围内恒定;
第四步:数字储频模拟器对雷达信号进行采样、存储;
第五步:根据目标RCS值、RCS起伏特性、目标距离、雷达设置ERP、模拟器与雷达之间距离,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,同时保证数字调制DA输出不饱和、模拟部分在线性区,增益不超模拟放大模块上下限,使目标模拟输出功率符合RCS设定要求;
第六步:根据设定的更新时间节拍,在目标距离变化、模拟器与雷达之间距离、RCS起伏引起目标回波幅度变化时,重新分配数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益。
优选地,控制雷达天线对准接收天线或者采用扫描的方式使接收天线能够检测到雷达的最大辐射信号。
优选地,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益的公式为:
Figure BDA0003078964140000031
式中,σ1为不同的目标RCS,r1为不同的目标模拟器到雷达的距离,R1为不同的目标到雷达距离,L11为不同目标到雷达的距离相关的大气衰减;L21为模拟不同目标时模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,K1为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,K为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准,R为目标到雷达距离,L1为目标到雷达的距离相关的大气衰减,L2为模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,σ为目标RCS值,r为目标模拟器到雷达的距离。
优选地,数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准的计算公式为:
PtSIMGtSIM=KPr
式中,Pr为输入数字储频模拟器的最大信号功率,PtSIM为回波输出功率,GtSIM为天线增益。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:本发明在近距离储频式雷达射频回波模拟时,模拟器的接收通道和模拟器的发射通道都采用线性放大系统,通过测试接收的最大雷达发射信号幅值,调整模拟器接收通道衰减和放大增益,保证接收的最大信号幅度恒定,在输入到数字储频模拟器时不饱和;通过合理分配数字增益和放大增益,使模拟器能够模拟不同大小、不同起伏特性、不同目标距离、不同雷达ERP的雷达目标回波;在雷达天线没有对准、或其他原因引起雷达发射机功率降低的情况下,能够自适应降低回波模拟功率,不需要实时检测接收到的雷达信号幅值,来控制模拟信号的功率,真实反映雷达发射功率变化引起的接收回波功率变化;本发明简单可靠,可广泛用于辐射式雷达射频回波模拟中,具有良好的应用前景和综合效益。
附图说明
图1为基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法的流程图。
图2本发明的原理图。
具体实施方式
如图2所示,一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,包括依次连接的接收天线、接收机、数字储频模拟器、数字调制DA、模拟放大模块以及天线,所述接收天线用于接收雷达信号,所述接收机用于接收雷达信号,所述雷达信号幅度在接收机线性动态范围内恒定,所述数字储频模拟器用于对雷达信号进行采样、存储,所述数字调制DA用于将数字信号转换为模拟信号,所述模拟放大模块用于对模拟信号进行线性放大,所述天线用于将放大后的模拟信号发射出去。
进一步的实施例中,所述接收天线对准雷达天线且满足远场条件。
进一步的实施例中,所述调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益根据目标RCS值、RCS起伏特性、目标距离、雷达设置ERP、模拟器与雷达之间距离,分配调制。
进一步的实施例中,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益的公式为:
Figure BDA0003078964140000041
式中,σ1为不同的目标RCS,r1为不同的目标模拟器到雷达的距离,R1为不同的目标到雷达距离,L11为不同目标到雷达的距离相关的大气衰减;L21为模拟不同目标时模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,K1为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,K为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准,R为目标到雷达距离,L1为目标到雷达的距离相关的大气衰减,L2为模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,σ为目标RCS值,r为目标模拟器到雷达的距离。
如图1所示,本发明实施例中描述了一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法,通过接收雷达发射信号,信号接收变频,通过AD采样,保留雷达发射信号幅度信息,对数字信号进行调制,通过放大变频,发送给被试雷达,完成回波模拟,具体包括如下步骤:
第一步:将接收天线放置于雷达附近,满足远场条件,且接收天线对准雷达天线。
第二步:雷达对外辐射,控制雷达天线对准接收天线或者采用扫描的方式,使接收天线能够检测到雷达的最大辐射信号,检测收到的雷达最大发射信号的幅度;
第三步:设置接收增益,在雷达最大发射信号条件下,通过调整衰减器、接收增益,使信号幅度在接收机线性动态范围内恒定,即输出到数字储频模拟器的射频信号幅度恒定,保证在接收到最大雷达发射信号条件下,其幅度小于数字储频模拟器饱和电平。例如,一般高速AD的输入幅度为峰峰1伏,在50欧姆匹配下,输入功率要小于10dBm,可以设定一个小于10dBm一个值,保持接收系统增益恒定。
第四步:数字储频模拟器对雷达信号进行采样、存储。
第五步:根据目标RCS值、RCS起伏特性、目标距离、雷达设置ERP、模拟器与雷达之间距离,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益。同时保证数字调制DA输出不饱和、模拟部分在线性区,增益不超模拟放大模块上下限,使目标模拟输出功率符合RCS设定要求。
利用公式(1)计算在指定距离、指定目标RCS及设定雷达发射功率和天线增益条件下的回波输出功率PtSIM
Figure BDA0003078964140000051
式中,σ为目标RCS值,r为目标模拟器到雷达的距离,R为目标到雷达距离,Pt为雷达发射功率,Gt为主瓣天线增益,PtSIM为回波输出功率,GtSIM为发射天线增益,L1为目标到雷达的距离相关的大气衰减;L2为模拟器到雷达的距离相关的大气衰减。
在接收到最大雷达发射信号时,调整数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准K,使输出信号功率和回波输出功率PtSIM值相等。固定模拟器输出通道的线性增益基准K。
Figure BDA0003078964140000052
其中,Pr为输入数字储频模拟器的最大信号功率,K为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准。增益分配与具体的硬件电路有关,如采样AD芯片、输出DA芯片、输出射频链路内的增益以及天线增益等,要求所有增益相加值为K。
对于不同RCS、不同目标距离、不同模拟器到雷达距离条件下的总增益由以下公式决定:
Figure BDA0003078964140000053
式中,σ1为不同的目标RCS,r1为不同的目标模拟器到雷达的距离,R1为不同的目标到雷达距离,L11为不同目标到雷达的距离相关的大气衰减;L21为模拟不同目标时模拟器到雷达的距离相关的大气衰减。K1为模拟不同目标输出通道的总增益,在给定σ1、r1、L11、L21的条件下和标定,根据(3)可以解出K1值。
目标RCS快速起伏特性模拟时采用调整数字增益的方式实现;目标回波随距离慢速变化通过模拟通道增益控制粗调,数字增益进行精调,组合实现。
第六步:根据设定的更新时间节拍,在目标距离变化、模拟器与雷达之间距离、RCS起伏引起目标回波幅度变化时,计算新的K1,重新分配储频通道增益和模拟通道增益,使总增益为K1。如图2所示。
完成以上步骤后的模拟器,可以用于不同航迹及场景下雷达目标探测以及抗干扰效能评估试验。

Claims (8)

1.一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,其特征在于,包括依次连接的接收天线、接收机、数字储频模拟器、数字调制DA、模拟放大模块以及天线,所述接收天线用于接收雷达信号,所述接收机用于接收雷达信号,所述雷达信号幅度在接收机线性动态范围内恒定,所述数字储频模拟器用于对雷达信号进行采样、存储,所述数字调制DA用于将数字信号转换为模拟信号,所述模拟放大模块用于对模拟信号进行线性放大,所述天线用于将放大后的模拟信号发射出去。
2.根据权利要求1所述的基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,其特征在于,所述接收天线对准雷达天线且满足远场条件。
3.根据权利要求1所述的基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,其特征在于,所述调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益根据目标RCS值、RCS起伏特性、目标距离、雷达设置ERP、模拟器与雷达之间距离,分配调制。
4.根据权利要求1所述的基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟系统,其特征在于,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益的公式为:
Figure FDA0003078964130000011
式中,σ1为不同的目标RCS,r1为不同的目标模拟器到雷达的距离,R1为不同的目标到雷达距离,L11为不同目标到雷达的距离相关的大气衰减;L21为模拟不同目标时模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,K1为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,K为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准,R为目标到雷达距离,L1为目标到雷达的距离相关的大气衰减,L2为模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,σ为目标RCS值,r为目标模拟器到雷达的距离。
5.一种基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法,其特征在于,具体步骤为:
第一步:将接收天线放置于雷达附近,满足远场条件,且接收天线对准雷达天线;
第二步:雷达对外辐射,使接收天线能够检测到雷达的最大辐射信号,检测收到的雷达最大发射信号的幅度;
第三步:设置接收增益,在雷达最大发射信号条件下,使信号幅度在接收机线性动态范围内恒定;
第四步:数字储频模拟器对雷达信号进行采样、存储;
第五步:根据目标RCS值、RCS起伏特性、目标距离、雷达设置ERP、模拟器与雷达之间距离,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,同时保证数字调制DA输出不饱和、模拟部分在线性区,增益不超模拟放大模块上下限,使目标模拟输出功率符合RCS设定要求;
第六步:根据设定的更新时间节拍,在目标距离变化、模拟器与雷达之间距离、RCS起伏引起目标回波幅度变化时,重新分配数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益。
6.根据权利要求1所述的基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法,其特征在于,控制雷达天线对准接收天线或者采用扫描的方式使接收天线能够检测到雷达的最大辐射信号。
7.根据权利要求1所述的基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法,其特征在于,分配调制数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益的公式为:
Figure FDA0003078964130000021
式中,σ1为不同的目标RCS,r1为不同的目标模拟器到雷达的距离,R1为不同的目标到雷达距离,L11为不同目标到雷达的距离相关的大气衰减;L21为模拟不同目标时模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,K1为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益,K为数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准,R为目标到雷达距离,L1为目标到雷达的距离相关的大气衰减,L2为模拟器到雷达的距离相关的大气衰减,σ为目标RCS值,r为目标模拟器到雷达的距离。
8.根据权利要求7所述的基于雷达发射信号的目标回波幅度起伏模拟方法,其特征在于,数字调制DA、模拟放大模块及天线的总增益基准的计算公式为:
PtSIMGtSIM=KPr
式中,Pr为输入数字储频模拟器的最大信号功率,PtSIM为回波输出功率,GtSIM为天线增益。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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