CN114152922A - 一种机载气象雷达综合测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机载气象雷达综合测试仪，包括：链路分配模块，用于分配气象雷达发射机信号；频率检测模块，与链路分配模块连接，用于接收链路分配模块分配的第一气象雷达发射机信号；功率检测模块，与链路分配模块连接，用于接收链路分配模块分配的第二气象雷达发射机信号，并对第二气象雷达发射机信号处理，得到脉冲包络电压；脉冲包络调理模块，与功率检测模块连接，用于接收功率检测模块发送的所述脉冲包络电压；回波信号产生模块，设置在脉冲包络调理模块与链路分配模块之间，用于接收脉冲包络调理模块发送的脉冲包络电压，基于脉冲包络电压和预设时延确定气象雷达回波信号，并将气象雷达回波信号发送至链路分配模块。

Description

一种机载气象雷达综合测试仪

技术领域

本申请属于无线电波测量技术领域，尤其涉及一种机载气象雷达综合测试仪。

背景技术

机载气象雷达探测的是航路前方及左右扇形区域内的天线，并能显示出气象目标的平面分布图像以及相对于飞机的方位,是飞机上的重要导航设备，气象雷达出现故障极易造成飞机滑回，返航甚至坠毁等事故。因此，在其研制和调试的各个机端都需重视其性能的测试。

因此，研制气象雷达综合测试仪用以替代真实目标为雷达提供模拟信号，具有广泛和实际意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种机载气象雷达综合测试仪，所述测试仪包括：

链路分配模块，用于分配气象雷达发射机信号；

频率检测模块，与所述链路分配模块连接，用于接收所述链路分配模块分配的第一气象雷达发射机信号；

功率检测模块，与所述链路分配模块连接，用于接收所述链路分配模块分配的第二气象雷达发射机信号，并对所述第二气象雷达发射机信号处理，得到脉冲包络电压；

脉冲包络调理模块，与所述功率检测模块连接，用于接收所述功率检测模块发送的所述脉冲包络电压；

回波信号产生模块，设置在所述脉冲包络调理模块与所述链路分配模块之间，用于接收所述脉冲包络调理模块发送的脉冲包络电压，基于所述脉冲包络电压和预设时延确定气象雷达回波信号，并将所述气象雷达回波信号发送至所述链路分配模块。

优选地，所述测试仪还包括：

雷达信号调理模块，用于对机载气象雷达信号进行衰减至目标功率，保证进入所述频率监测模块和所述功率检测模块的功率在线性区域。

优选地，所述测试仪还包括：

上位机；

软件模块，安装在所述上位机中。

优选地，所述上位机分别与所述频率检测模块、所述功率检测模块和所述回波信号产生模块连接。

优选地，所述测试仪还包括：

结果显示及控制模块，与所述上位机连接，用于显示测量参数和控制所述上位机。

优选地，所述雷达信号调理模块包括：

波导，用于将所述气象雷达发射机信号传输至X波段波导耦合器；

X波段波导耦合器，与所述波导连接，用于从所述气象雷达发射机信号中提取目标信号，并将所述目标信号发送至衰减器；其中，所述目标信号的功率小于所述气象雷达发射机信号的功率；

衰减器，与所述X波段波导耦合器连接，用于将所述目标信号的功率衰减至目标功率。

优选地，所述雷达信号调理模块还包括：

负载，与所述波导连接，用于模拟气象雷达实际发射输出情况，避免大功率信号进行反灌。

优选地，所述脉冲包络调理模块包括：

放大器，用于将所述脉冲包络电压的功率进行放大。

本发明的技术效果：

本发明通过对真实雷达注入信号进行测量，从而可对回波信号产生进行频率跟踪，软件设计无需人工参与，最大限度的提高测试便利性。同时，本发明中回波信号产生基于软件无线电的矢量信号产生，可灵活调整回波类型，也可在未来针对具体型号进行升级，无需额外研发新设备，即可适配新型号的雷达装备。

附图说明

图1是本申请实施例提供的测试仪的总体硬件框架图；

图2是本申请实施例提供的软件控制框架图。

具体实施方式

本申请属于利用无线电波测量距离领域，提供设计了机载气象雷达的测试装置和方法。

请参阅图1-2，本发明提供了一种机载气象雷达的综合测试仪设计，可以对气象雷达的发射机射频指标，接收机接收指标，以及信标接收机指标进行测量，同时预留计量接口，可定期对本综合测试仪进行计量检定，保证测试结果的有效性。

本发明可有效提升机载气象雷达测试测量速度，提升机载气象雷达测试效率及保障能力，促进新技术和新型号的发展。

本发明中的气象雷达综合测试仪包含多个功能模块，其中包括雷达信号调理模块，链路分配模块，功率检测模块，频率检测模块，脉冲包络调理模块，回波信号产生模块，上位机及软件模块。

在本申请实施例中，雷达信号调理模块，用于对大功率机载气象雷达进行衰减至合适功率，保证进入至频率监测模块和功率检测模块功率在线性区域，避免造成设备损坏。

在本申请实施例中，链路分配模块，用于将气象雷达发射机信号分配至，功率检测模块和频率检测模块，同时将回波信号产生模块产生的回波信号连接至气象雷达波导端进行接收机灵敏度测量。

在本申请实施例中，功率检测模块，用于测量气象雷达发射机参数，通过峰值检波电路后，对包络电压进行滤波，滤波后电路经过高速对数放大，对包络电压进行检测，同时对脉冲峰值功率，脉冲宽度，脉冲周期，上升沿，下降沿，以及顶降等关键功率参数进行测量。

在本申请实施例中，脉冲包络调理模块，用于对脉冲包络电压进行整形，整形信号用来驱动回波信号产生模块，同时通过功率分配，将检波功率电压输出至测试仪后面板，可通过示波器监控脉冲包络情况。

在本申请实施例中，频率检测模块，用于对脉冲信号绝对功率测量，通过朝外超式结构，对脉冲线状谱主峰值频率进行测量。

在本申请实施例中，回波信号产生模块，基于矢量信号发生原理，对检测到的气象雷达脉冲信号做出回波处理，且可根据不同距离产生一定时延的雷达脉冲回波信号，基于矢量调制的I/Q信号，可以模拟不同形式的雷达脉冲波形，以及信标发射机的回波信号，基带触发时延调整功能可实现雷达回波距离，将此信号注入待测雷达，可在雷达显示屏幕上得到回波反馈结果，如信号强度和回波距离宽度。

在本申请实施例中，上位机及软件模块，软件安装在上位机中，可以通过直接在软件中调配回波参数，实现回波距离或宽度设置，也可以通过软件中测量模组，实现气象雷达发射机参数测量。

本发明具有如下优点：

通过对真实雷达注入信号进行测量，从而可对回波信号产生进行频率跟踪，软件设计无需人工参与，最大限度的提高测试便利性。

本发明中回波信号产生基于软件无线电的矢量信号产生，可灵活调整回波类型，也可在未来针对具体型号进行升级，无需额外研发新设备，即可适配新型号的雷达装备。

上述说明为本发明设备的技术概述，为了能够更加清楚的了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，以下举出本发明的具体实施方式。

通过阅读以下中实施方法的详细描述，可清晰了解本发明设计的具体思路和实现方法。

具体实施例如下：

图1提供了本发明实施例提供的气象雷达综合测试仪的总体硬件框图，如图1所示，该综测仪可以包括雷达信号调理模块101，链路分配模块102，功率检测模块103，脉冲包络调理模块104，频率检测模块105，以及回波信号产生模块106。

本发明实施例中，雷达信号调理模块101，通常由波导X波段波导耦合器和大功率衰减器组成，用于将气象雷达输出功率中部分信号耦合出来进行测量，同时配备大功率负载，作为模拟气象雷达实际发射输出情况，避免大功率信号进行反灌。

本发明实施例中，图1中链路分配模块102通常可以由一分多路功分器，双定向耦合器，电桥等射频器件组成，用于将多个测量模块连接，同时还需要保证收发通道之间的隔离性，并将测试信号调整至合适的测量区间。

本发明实施例中，功率检测模块103，由支持至X波段的峰值包络检波器组成，通常该检波器输出信号为电压信号，该电压信号为正斜率或负斜率，通常会送至脉冲包络调理模块104进行波形调理，该部分检测功率需进行出厂校准标定，以对应实际气象雷达发射功率。

本发明实施例中，脉冲包络调理模块104，将功率检测模块103产生的脉冲包络电压进行调理，通常可通过模拟电路对波形重新进行恢复，同时使用高速放大器输出至设备连接面板，用于连接外部示波器进行波形检测或测量，同时将调理后脉冲波形接入回波信号产生模块105，该脉冲波形可用于气象雷达回波产生或直接用来调制回波信号产生。

本发明实施例中，脉冲包络调理模块104，将功率检测模块103产生的脉冲包络电压进行调理，通常可通过模拟电路对波形重新进行恢复，同时使用高速放大器输出至设备连接面板，用于连接外部示波器进行波形检测或测量，同时将调理后脉冲波形接入回波信号产生模块106，该脉冲波形可用于气象雷达回波产生或直接用来调制回波信号产生。

本发明实施例中，频率检测模块105，用于测量气象雷达发射脉冲中心频率，该中心频率还被用于雷达回波信号产生频率调谐，本实施例中使用基于超外差的接收机，也可使用其他可覆盖X波段的接收机，或进行直接数字采样获取频率，阅读本实施例的技术人员应当理解，一切具备频率探测能力的数字或模拟接收机均可满足本测试要求。

本发明实施例中，回波信号产生模块106，本实施例中使用基于软件无线电的矢量信号产生方案，脉冲包络调理模块104恢复后的标准脉冲波形，可通过触发接口或外部调制接口接入矢量信号产生装置，各种雷达回波波形通过实时演算，放置在上位机中，通过开关按钮，将IQ基带数据传输至回波信号产生模块106进行发射，可通过调整时延，实现不同雷达回波距离和宽度显示，其中回波距离和宽度显示依据公式为：

回波距离为D，延时为T，已知光速为C，雷达回波距离与时延计算公式：

T＝(2×D)/C

回波宽度为B，脉冲宽度为t，已知光速为C，雷达回波宽度与脉冲宽度计算公式：

t＝(2×B)/C

其中，图2提供了本发明实施例提供的气象雷达综合测试仪的软件控制框图，如图2所示，该软件控制部分可以包括上位机及软件模块101，频率检测模块102，功率检测模块103，回波信号产生模块104，结果显示及控制模块105。

本发明实施例中，上位机及软件模块101为软件控制的核心，用于控制硬件模块实现测量信号产生等功能，上位机软件可使用各类开发语言进行开发，根据具体实现需求调整，本发明对此不作具体限制，上位机的指令来源自结果显示及控制模块105，通过接收到105的指令将控制程序或指令下发至其他模块。

本发明实施例中，频率检测模块102主要用于脉冲频率精确测量，测量数据结果，通过内部总线传输至上位机及软件模块101，101模块将数据处理后传输至结果显示及控制模块105，同时传输至信号回波产生模块104用于回波频率调谐，内部总线可根据实际设备情况选择，如网口，串口，PCI/PCIE，FMC接口等，本发明在此不做具体限制。

本发明实施例中，功率检测模块103通过上位机下发指令完成雷达发射机脉冲测量，测量结果通过内部总线传输至上位机及软件模块101，101模块将数据处理后传输至结果显示及控制模块105。

本发明实施例中，回波信号产生模块104也受位机及软件模块101控制，回波信号用于测量气象雷达灵敏度，其频点由上位机软件自动调谐，幅度由测试人员在结果显示及控制模块105手动设置。雷达波形根据测试人员选则，软件自行计算后，载入至回波信号产生模块中的FPGA，同时根据设置的回波参数进行发送。

本发明实施例中，结果显示及控制模块105，向工作人员提供操作界面，并接收工作人员的具体操作命令，根据工作人员具体选择的操作步骤，向各内部模块发送指令，使各模块独立或者协作工作。同时提供各模块的工作状况和自检情况，各模块的测试结果，也通过该结果显示呈现给工作人员。

本发明实施例中上述模块快之间连接形式不限，可基于各类通信方式或总线。

在此提供的气象雷达综合测试仪不与任何特定计算机，虚拟仪器或其他设备固有相关，根据上述描述，构造具有本发明方案的系统所要求的结构是显而易见的。

本发明不针对任何特定编程语言，应当明白，可以利用各种软件和上位机程序实现本发明中描述的内容。

Claims (8)

1.一种机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述测试仪包括：

链路分配模块，用于分配气象雷达发射机信号；

频率检测模块，与所述链路分配模块连接，用于接收所述链路分配模块分配的第一气象雷达发射机信号；

功率检测模块，与所述链路分配模块连接，用于接收所述链路分配模块分配的第二气象雷达发射机信号，并对所述第二气象雷达发射机信号处理，得到脉冲包络电压；

脉冲包络调理模块，与所述功率检测模块连接，用于接收所述功率检测模块发送的所述脉冲包络电压；

回波信号产生模块，设置在所述脉冲包络调理模块与所述链路分配模块之间，用于接收所述脉冲包络调理模块发送的脉冲包络电压，基于所述脉冲包络电压和预设时延确定气象雷达回波信号，并将所述气象雷达回波信号发送至所述链路分配模块。

2.根据权利要求1所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述测试仪还包括：

雷达信号调理模块，用于对机载气象雷达信号进行衰减至目标功率，保证进入所述频率监测模块和所述功率检测模块的功率在线性区域。

3.根据权利要求2所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述测试仪还包括：

上位机；

软件模块，安装在所述上位机中。

4.根据权利要求3所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述上位机分别与所述频率检测模块、所述功率检测模块和所述回波信号产生模块连接。

5.根据权利要求4所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述测试仪还包括：

结果显示及控制模块，与所述上位机连接，用于显示测量参数和控制所述上位机。

6.根据权利要求2所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述雷达信号调理模块包括：

波导，用于将所述气象雷达发射机信号传输至X波段波导耦合器；

X波段波导耦合器，与所述波导连接，用于从所述气象雷达发射机信号中提取目标信号，并将所述目标信号发送至衰减器；其中，所述目标信号的功率小于所述气象雷达发射机信号的功率；

衰减器，与所述X波段波导耦合器连接，用于将所述目标信号的功率衰减至目标功率。

7.根据权利要求6所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述雷达信号调理模块还包括：

负载，与所述波导连接，用于模拟气象雷达实际发射输出情况，避免大功率信号进行反灌。

8.根据权利要求1所述的机载气象雷达综合测试仪，其特征在于，所述脉冲包络调理模块包括：

放大器，用于将所述脉冲包络电压的功率进行放大。

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