CN114217279A - 一种便携式雷达应答器测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式雷达应答器测试仪及测试方法，包括：发射单元：用于产生模拟雷达信号，触发雷达应答器工作；接收单元：用于接收被检测雷达应答器的响应信号，其响应信号与发射单元发射信号频率相同，进行混频放大；中频单元：用于接收混频放大后的中频信号，中频信号变换为幅度分量和频率分量，将幅度分量进行调幅解调得到信号包络；数字信号处理单元及主控单元，整个仪器小巧，可方便携带进行现场测试，集多种功能于一体，现场实时解决测试问题。

Description

一种便携式雷达应答器测试仪及测试方法

技术领域

本发明涉及通讯导航领域，具体涉及一种便携式雷达应答器测试仪及测试方法。

背景技术

雷达应答器是一种在接收雷达信号后发射出特定编码信号的导航装置，主要应用于航道导航、重点区域标识，雷达应答器可以看作是一种被动雷达，通过接收船舶雷达发出的信号，雷达应答器收到此信号后立即发射应答信号，使附近船只能准确发现目标，正确引导船舶航行。雷达应答器检测一般存在如下难题：

雷达应答器的检测需要特殊的环境和设备才能实现。

目前现场检验仅由具备雷达的船只逐步改变距离才好进行部分定性测试。

从雷达图上读出莫尔斯码比较复杂和困难，需要一定的无线电专业基础。

现场测试仅凭雷达应答器自检的声音判断。不具备自检功能的雷达应答器无法现场检验。在实际工作中，即使自检通过，也有不正常工作的情况。

国际国内一直没有检测雷达应答器的专业仪器和设备。

雷达应答器的检测需要特殊的环境和设备才能实现，在实验室采用复杂的一起和设备才能进行雷达应答器的检测。并且设备价格高，对操作人员要求高，必须是实验室的环境。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种便携式雷达应答器测试仪及测试方法，整个仪器小巧，可方便携带进行现场测试，集多种功能于一体，现场实时解决测试问题。

本发明采用如下技术方案：

一种便携式雷达应答器测试仪，包括：

发射单元：用于产生模拟雷达信号，触发雷达应答器工作；

接收单元：用于接收被检测雷达应答器的响应信号，其响应信号与发射单元发射信号频率相同，进行混频放大；

中频单元：用于接收混频放大后的中频信号，中频信号变换为幅度分量和频率分量，将幅度分量进行调幅解调得到信号包络；

数字信号处理单元：分别与中频单元及发射单元连接；用于接收相应信号，所述相应信号包括中频单元的频率分量及幅度分量，发射单元的发射强度信号；

主控单元：分别与数字信号处理单元、接收单元、中频单元及发射单元连接，通过获取数据信号获得待检测雷达应答器的灵敏度值、捷变频、摩尔斯码、发射功率及工作带宽的测量。

进一步，所述发射单元包括：

微波信号发生器：采用带VCO的小数分频锁相环电路，频率参考源采用温补晶振；

输出微波信号经过滤波器滤除谐波，再经过增益放大器放大，放大信号一路经过分频器分频得到分频后的方波信号输入主控单元检测频率，另一路采用信号开关切换，一个切换信号输入功率放大电路及数控衰减电路，经过发射天线发射至被测试雷达应答器。

进一步，所述接收单元包括：

在主控单元控制下，接收被测试雷达应答器响应信号及内部校准信号；

信号经过功率检测，当信号很强时，切换信号直接接入混频器进行混频操作得到中频信号；当信号较小时，经过低噪声放大器放大，再加入混频电路。

进一步，所述中频单元包括：

将输入中频信号滤波器滤波，一路经过对数放大器放大，进行信号强度检测，所述强度检测包括功率分量和幅度分量，所述功率分量输入数字信号处理单元，通过幅度分量得到信号包络，输入主控单元；另一路经过放大器放大后，输入频率电压变换，转换为电压，输入数字信号处理单元。

进一步，所述数字信号处理单元包括四个ADC采样电路。

进一步，所述发射单元还输出内部校准信号，所述内部校准信号输入接收单元，再由接收单元进行处理有输入数字处理单元。

进一步，所述发射单元还包括信号开关切换，经过增益放大器放大后的信号，另一路采用信号开关切换，一个切换信号输入功率放大电路及数控衰减电路，另一个切换信号经过数字衰减电路输出内部校准信号。

一种便携式雷达应答器测试仪的测试方法，包括：

用户设定检测判据，所述检测判据包括检测频率、带宽及灵敏度；

发射在频率带宽范围内的模拟雷达信号，触发应答器响应并发送应答信号；

接收应答信号后，混频后切分为幅度分量及频率分量；

根据幅度分量得到信号包络，进一步获得莫尔斯码；

根据频率分量获得电压；

按照步进值调整信号强度，重复上述步骤，得到被测雷达应答器的检测值。

进一步，所述得到被测雷达应答器的检测值，具体过程为：

按照步进值，调低信号发射强度，直至没有应答，最低能触发应答器的信号强度，则是被测雷达应答器的灵敏度；

若在频率带宽范围内，任一个频点都得到被测雷达应答器的响应信号，则该雷达应答器满足频率响应要求；

若雷达应答器根据接收发射信号的频率，调谐自己应答频率与接收频率一致，则具备捷变频功能。

进一步，

根据接收到的应答射频信号强度，进一步推算出雷达应答器的发射功率；

根据雷达应答器的发射功率和常规雷达的接收灵敏度计算雷达应答器的作用距离。

本发明的有益效果：

本发明仪器便携，可以对雷达应答器进行现场测试，实现雷达应答器灵敏度、捷变频测量、应答带宽测量、发射功率及摩尔斯码测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中发射单元的结构示意图；

图3是图1中接收单元的结构示意图；

图4是图1中中频单元的结构示意图；

图5是图1中数字信号处理单元的结构示意图；

图6是图1中主控单元的结构示意图；

图7是本发明检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种便携式雷达应答器测试仪，包括如下硬件设备:

发射单元：用于模拟雷达信号，触发雷达应答器工作。工作频段低端低于雷达频段下限，高端高于雷达频段上限，检测雷达应答器响应频率范围。发射单元输出信号强度可调，用于检测雷达应答器灵敏度测试。

具体结构如图2所示，

微波信号发生器采用带VCO的小数分频锁相环电路，频率参考源采用温补晶振，其输出信号经过滤波器滤除谐波，再经过增益放大器放大，一路信号经分频器分频，得到分频后的方波信号，送主控单元检测频率。另一路采用信号开关切换，该控制信号由主控单元控制，信号开关切换向上连通，则该路信号输入功率放大电路及数控衰减电路，然后经过发射单元的发射天线发射至被测试雷达应答器，信号开关切换向下连通，输入数控衰减电路输出内部校准信号，发射或是校准的信号强度，都经过强度检测，ADC采样量化为数字信号，送数字信号处理单元进行处理。

进一步，通过两级级联的数字衰减电路及功放电路的组合，可产生不同的输出功率，用来激励被测试雷达应答器的响应，由此测试雷达应答器的灵敏度。

通过改变频率的幅度的组合，可测试雷达应答器的频率响应曲线。

本实施例中功放电路带有输出RSSI强度指示，通过ADC采样后检测校准，可准确得到激励的功率大小。信号的频率由主控MCU设置，其频率稳定性有压控温补晶振保证。

接收单元，用于接收发射单元的内部校准信号及被检测雷达应答器的响应信号，其响应信号与发射单元的发射信号频率相同，具体结构如图3所示。

使用开关信号切换接收来源于天线或发射单元的内部校准信号，任意信号都经过功率检测，切换信号直接接入混频器进行混频操作得到中频信号；当信号较小时，则经过低噪声放大器放大，再加入混频器转换为中频信号。

由于发射单元的发射信号是用户已知的强度和频率，用这个信号加载到接收单元，由此可通过已知数据，更正接收端的数据，即为校准信号的作用。

进一步，本实施例中的发射天线及接收天线均为微带天线阵列，具体采用4X4微带天线阵列。

中频单元，如图4所示，中频信号输入滤波器进行滤波，滤除其他干扰信号，一路经过对数放大器放大，然后进行信号强度检测，所述强度检测包括功率分量和幅度分量，经过量化转变后，功率分量通过ADC输入数字信号处理单元，所述幅度分量幅度变换得到信号包络输入主控单元。另一路经过放大器放大，再由频率电压变换电路，将频率变化为电压，此电压代表的是频率信号。经过数字变换后通过ADC采样电路输入数字信号处理单元。

所述包络信号，此信号就是雷达应答器应答所调制的莫尔斯码。包络信号送主控单元，解码出莫尔斯码值。

数字信号处理单元：包括数据处理计算及产生时钟与控制信号。

在主控单元协调控制下，接收发射信号的幅度、中频单元的频率和幅度数据。这些数据是原始数据，根据不同设备各不相同。

测试设备开机时，数字信号处理单元会对校准信号强度和频率进行标定，用已经定标的强度和频率信号，对接收信号进行校准，得到幅度与电压对应关系表及频率与电压对应关系表，由此关系表，计算后期检测结果。

数据信号处理单元接收中频单元的频率及幅度数据，获得接收信号的幅度与电压对应关系、频率域电压对应关系表，通过与标定关系表进行对比，得到检测结果输出，实现结果校准、设备自检与校准、检测结果的输出。

如图5所示，所述数字信号处理单元控制四个ADC采样电路，分别用于接收发射单元的发射强度数据，校准信号强度数据，中频单元的场强及频率数据。

由于接收发送信号，都是脉冲信号，需要进行同步采样，否则很容易采集到无用数据。因此数据信号处理单元会将采集脉冲信号去掉前源和后源，截取中间信号的平均值。

进一步，本实施例中ADC采样电路在信号进行差分放大后进行高速(40MHz采样率)采样处理。此电路同时应用与输出信号强度采样、接收信号强度采样、接收相位采样(用于接收频率计算)。

主控单元：用于分别与数字信号处理单元、接收单元、中频单元及发射单元连接，通过获取数据信号获得待检测雷达应答器的灵敏度值、捷变频测量、摩尔斯码、发射功率及作用距离的测量。

如图6所示，主控单元实现如下控制：

发射单元控制：控制发射单元发射频率、发射强度、内部校准信号强度。接收发射分频信号，检测发送频率。控制信号发射或校准。

接收单元控制：控制接收单元本振频率，获取接收功率大小信号。

中频单元控制：获取场强脉冲包络信号，解调莫尔斯码.

人机交互：显示设置检测内容。操作设备运行。

网络连接：通过网络连接专业作业系统，进行现场检测数据回传，作业记录更新。

工作电压环境检测：因系统高频，需要在适合的环境种进行有效检测。检测单元处于内部密封状况，在充氮气的相对温度环境中运行。所以环境检测十分必要。检测的数据有电压，各模块电流，温度、压力及湿度等。

本实施例中各个单元之间采用WiFi和蓝牙连接，对使用者不提供有线连接，避免串扰的产生。

各个单元电路采用屏蔽腔分隔，为避免个单元电路间的互相干扰，将各单元电路设计在不同的屏蔽腔内，提高仪器检测精度。避免骚扰，抵抗外来干扰。

在每个单元电路的各电源都设有滤波电路，去除由供电引入的串扰。

各电源电路由低噪声开关稳压电路输出6V的主供电电压；再经过低噪声线性稳压产生个电路模拟电源。数字电源由降压开关稳压电路产生。

本发明的具体检测过程如下：

开机校准过程：

由用户设定频率扫描步进值和幅度扫描步进值；发射单元发送一个起始扫描幅度，频率从其实扫描频率开始按照步进值扫描到高端，这样就得到接收单元的一组已知幅度值的频率响应特性，然后按幅度步进值调整幅度，进行频率扫描；由此已知扫描到最大幅度，得到频率和幅度与检测值的对应关系，在检测过程中通过雷达应答器的响应曲线的拟合及插值补偿就可的到准确的检测结果。

检测过程：

用户设定检测判据，所述检测判据包括检测频率、带宽及灵敏度；

发射在频率带宽范围内的模拟雷达信号，触发应答器响应并发送应答信号；

接收应答信号后，混频后切分为幅度分量及频率分量；

根据幅度分量得到信号包络，进一步获得莫尔斯码；

根据频率分量获得电压；

按照步进值调整信号强度，重复上述步骤，得到被测雷达应答器的检测值。

系统输出幅度调节到是的被测应答器接收到灵敏度值，改变频率；如果检验结果都能准确收到回应信息，而且回应码符合设定；此时设备检验合格。如果由个别频点没有接收到回应信息，调高幅度值，直到所有频点都收到回应信息，此时的值为检测到的灵敏度值。

技术参数确定：

捷变频测量：

改变频率，如果相应的信号也随之改变，且频率相同，则确定被测雷达应答器具有捷变频特性。

响应频率范围测量：判断设备是否在规定的频率范围内都能应答。

最低灵敏度测量：

按照用户设定的步进值不断向下调节发射幅度，直到出现雷达应答器不响应情况，此时前一个幅值就是最低灵敏度。

莫尔斯码的测量：

根据幅度分量得到信号包络，得到莫尔斯码。

发射功率测量

选择一个较高对额幅值，开启测量，收到回应包后就可显示应答器输出功率。

本发明的性能检测指标如下举例：

检测频率和发送频率范围：9300MHz～9500MHz；

灵敏度检测范围：-10dB～-55dB；

应答发射功率检测范围100mW～20W；

检测距离(检测仪到应答器间距离)0.5米～2米；

莫尔斯码解析范围：适合雷达应答器的所有码值均可解析。

本实施例的检测过程如下：

开始运行，首先对系统进行初始化保障系统运行环境和检测参数的设置；系统自动检测系统各部分工作状况供电状况运行环境等；通过内部标准信号对系统进行校准，得到系统检测的系列修正参数，是的系统检测结果准确符合系统设计要求；根据设置检测参数，对样品目标进行全面检测取得检测数据，通过校准数据与设置检测参数，计算检测结果，显示检测结果判断是否合格产品。

在整个检测过程中，检测环境温度，如果温度变化超过校准时温度3℃，系统自动重新进行校准。保证检测结果的准确性。

如图7所示，具体检测步骤如下：

发射单元发射雷达模拟信号去触发应答器响应。

应答器接收到雷达波，判断强度；

(可选择)根据接收频率调谐自己应答频率与接收频率一致。

达到设定强度触发应答，发射设定的莫尔斯码做幅度调制的应答信号。

接收单元接收到应答信号，采集信号强度，信号频率。

根据接收强度包络解析出莫尔斯码。

发射强度从最小开始逐步变大，当出现应答时的发射强度可以计算应答灵敏度。

提高发射功率3dB，逐步变频率测试响应频率带宽。从频率低端开始逐步提高发射频率，最早出现应答的频点就是频率响应的低端开始点。反之，从频带最高点开始，逐步减小频率，最先出现应答的频点就是频率响应带宽的高端结束点，应答频率范围在这2个频点之间。

测试带宽的同时，根据发射频率和接收端响应频率可以判断应答器是否具备捷变频功能。

根据接收到的射频强度和测试距离，计算发射功率。

发射功率＝响应中频信号强度-中频增益-混频增益-高频增益-接收天线增益+空间衰减。

根据发射功率和最小灵敏度计算作用距离。

发射功率-接收天线增益＝空间最大衰减，由空间衰减和距离关系得到距离。

根据设置判据或网络从系统中获取的设备设置参数，比较结果，判断设备是否合格。

判断是否合格是由用户设定或管理系统里面设置。

本测试仪的检测过程为外部检测，设备的指标特性反映在雷达应答器的应答信号中，任何被测试设备只要是在接收雷达扫描信号后进行应答，则可以进行检测。检测范围包括船用遇险救生用雷达应答器，在近距离通道增益足够的情况下的雷达发射器。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，包括：

发射单元：用于产生模拟雷达信号，触发雷达应答器工作；

接收单元：用于接收被检测雷达应答器的响应信号，其响应信号与发射单元发射信号频率相同，进行混频放大；

中频单元：用于接收混频放大后的中频信号，中频信号变换为幅度分量和频率分量，将幅度分量进行调幅解调得到信号包络；

数字信号处理单元：分别与中频单元及发射单元连接；用于接收相应信号，所述相应信号包括中频单元的频率分量及幅度分量，发射单元的发射强度信号；

主控单元：分别与数字信号处理单元、接收单元、中频单元及发射单元连接，通过获取数据信号获得待检测雷达应答器的灵敏度值、捷变频、摩尔斯码、发射功率及工作带宽的测量。

2.根据权利要求1所述的便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，所述发射单元包括：

微波信号发生器：采用带VCO的小数分频锁相环电路，频率参考源采用温补晶振；

输出微波信号经过滤波器滤除谐波，再经过增益放大器放大，放大信号一路经过分频器分频得到分频后的方波信号输入主控单元检测频率，另一路采用信号开关切换，一个切换信号输入功率放大电路及数控衰减电路，经过发射天线发射至被测试雷达应答器。

3.根据权利要求2所述的便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，所述接收单元包括：

在主控单元控制下，接收被测试雷达应答器响应信号及内部校准信号；

信号经过功率检测，当信号很强时，切换信号直接接入混频器进行混频操作得到中频信号；当信号较小时，经过低噪声放大器放大，再加入混频电路。

4.根据权利要求1所述的便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，所述中频单元包括：

将输入中频信号滤波器滤波，一路经过对数放大器放大，进行信号强度检测，所述强度检测包括功率分量和幅度分量，所述功率分量输入数字信号处理单元，通过幅度分量得到信号包络，输入主控单元；另一路经过放大器放大后，输入频率电压变换，转换为电压，输入数字信号处理单元。

5.根据权利要求1所述的便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，所述数字信号处理单元包括四个ADC采样电路。

6.根据权利要求1-5任一项所述的便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，所述发射单元还输出内部校准信号，所述内部校准信号输入接收单元，再由接收单元进行处理有输入数字处理单元。

7.根据权利要求6所述的便携式雷达应答器测试仪，其特征在于，所述发射单元还包括信号开关切换，经过增益放大器放大后的信号，另一路采用信号开关切换，一个切换信号输入功率放大电路及数控衰减电路，另一个切换信号经过数字衰减电路输出内部校准信号。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的便携式雷达应答器测试仪的测试方法，其特征在于，包括：

用户设定检测判据，所述检测判据包括检测频率、带宽及灵敏度；

发射在频率带宽范围内的模拟雷达信号，触发应答器响应并发送应答信号；

接收应答信号后，混频后切分为幅度分量及频率分量；

根据幅度分量得到信号包络，进一步获得莫尔斯码；

根据频率分量获得电压；

按照步进值调整信号强度，重复上述步骤，得到被测雷达应答器的检测值。

9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，

按照步进值，调低信号发射强度，直至没有应答，最低能触发应答器的信号强度，则是被测雷达应答器的灵敏度；

若在频率带宽范围内，任一个频点都得到被测雷达应答器的响应信号，则该雷达应答器满足频率响应要求；

若雷达应答器根据接收发射信号的频率，调谐自己应答频率与接收频率一致，则具备捷变频功能。

10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，

根据接收到的应答射频信号强度，进一步推算出雷达应答器的发射功率；

根据雷达应答器的发射功率和常规雷达的接收灵敏度计算雷达应答器的作用距离。

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