CN114578302A

CN114578302A - 一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统及方法

Info

Publication number: CN114578302A
Application number: CN202210183898.5A
Authority: CN
Inventors: 张文馨; 张卫杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-06-03

Abstract

本发明一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统及方法，属于雷达外场试验技术、雷达测试和雷达训练领域。本发明通过无人机远程控制分系统、飞行平台分系统和无线电信标相互配合，采用无线电信标提供雷达的实时位置坐标，使雷达回波模拟器的天线波束指向能够准确指向静止状态或者运动状态的雷达，同时控制无人机模拟目标相对雷达的运动轨迹，然后接收雷达辐射的信号，通过射频存储、幅度调制、多普勒调制、距离调制，模拟目标回波信号检测雷达性能，或者模拟目标回波信号和干扰信号，训练雷达操作人员。与现有方法相比较，本发明具有试验准确、适用范围广、使用方便的优点。

Description

一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统及方法

技术领域

本发明一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统及方法，属于雷达外场试验技术、雷达测试和雷达训练领域。

背景技术

雷达回波模拟系统是指基于雷达实际使用场景，采用数字或者模拟技术，生成雷达电磁信号照射空中目标产生回波信号的设备，主要用于对雷达系统进行性能测试，或者训练和考核雷达操控人员。

当前的雷达回波模拟系统适用于静态雷达系统，通常采用地面架设方式或者人在回路控制的无人机载方式，即将雷达回波模拟器配置在三脚架、升降杆上，或者由无人机挂载。在实际使用中，当面对运动车辆、舰船等平台上的雷达，需要采用人工操作，跟踪平台的运动轨迹。由于存在人工操作误差，导致回波模拟精度有限，且使用非常不方便，不利于开展雷达外场测试或者雷达训练。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统及方法。

一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，该模拟系统包括飞行平台分系统、雷达回波模拟器、无人机远程控制分系统和无线电信标；

其中，飞行平台分系统包括无人机和配置在无人机上的伺服子系统、机载控制子系统及机载无线数据传输子系统；机载控制子系统连接雷达回波模拟器，并通过机载无线数据传输子系统连接无人机远程控制分系统；

雷达回波模拟器包括天线单元、收发前端、变频组件、频综组件和信号处理机和二次电源模块；变频组件分别连接收发前端和信号处理机；收发前端分别连接天线单元和变频组件；频综组件分别连接变频组件和信号处理机，雷达回波模拟器完成目标回波的距离、幅度、径向速度或者多普勒信息的模拟，无人机相对雷达的角度变化，模拟目标相对雷达的横向角度运动；天线单元、收发前端、变频组件配置在飞行平台分系统的伺服子系统；

所述无人机远程控制分系统包括控制基站和无线通信设备，控制基站通过无线通信设备、机载无线数据传输子系统连接机载控制子系统，设置控制无人机的飞行路线，监视并存储记录下传的机载传感器数据、飞行数据；

所述无线电信标内置GPS定位模块、串口通信模块，连接无人机远程控制分系统的控制基站，并通过无线通信设备，将雷达的实时位置坐标信息发给控制飞行平台分系统的机载控制子系统，控制无人机远程控制分系统的伺服子系统，将天线单元的波束方向对准雷达。

所述信号处理机包括数字射频存储模块、信号处理模块和接口通信控制模块，数字射频存储模块完成ADC采样、瞬时测频、信号检测、雷达脉冲参数提取、雷达样本信号截取、多参数调制，并根据信号处理机根据无人机与雷达的相对距离、径向速度，以及辐射信号决策，生成中频发射信号；信号处理模块接收数字射频存储模块发送的雷达脉冲参数，完成聚类分选、信号识别、辐射信号决策，并将辐射决策和参数发送给数字射频存储模块和接口通信控制模块；接口通信控制模块接收辐射决策和参数，完成数据存储，并转发给机载控制子系统。

一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟方法，包括如下步骤：

步骤一、将无人机远程控制分系统和无线电信标安装在配置雷达的运动平台上，保证无人机的工作区域处于无线通信设备的通信范围中；

步骤二、在无人机远程控制分系统中，按照雷达回波信号模拟的要求，对无人机飞行路线和飞行参数进行规划设置，并将无线电信标测量的被测雷达的实时位置坐标和无人机模拟空中目标的飞行路线、参数下发给无人机；

步骤三、通过无人机远程控制分系统发送上电开机指令，控制雷达回波模拟器开机，完成雷达回波模拟器工作参数的配置，雷达回波模拟器处于待机状态；

步骤四、操作人员通过无人机远程控制分系统的控制基站和无线通信设备操控无人机，飞行至距离雷达的设定位置悬停；飞行平台分系统的机载控制子系统根据无人机位置和雷达位置，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达；

步骤五、通过无人机远程控制分系统发送工作指令，控制雷达回波模拟器工作，雷达回波模拟器接收雷达辐射信号，进行数字射频存储，并进行延迟时间、多普勒频率、回波信号幅度的参数调制，以及调制信号的复制叠加，产生雷达回波信号和/或干扰信号，模拟目标回波的距离、幅度、径向速度的变化；

步骤六、无人机远程控制分系统根据雷达位置、无人机位置和模拟目标的位置，计算雷达与无人机的相对角度关系，控制无人机运动到模拟目标与雷达的连线上，完成目标相对雷达横向运动角度的模拟，同时雷达回波模拟器根据设定参数，输出目标回波信号、干扰信号或者目标回波与干扰信号的组合信号，并实时存储雷达回波模拟器的工作状态信息、无人机的位置信息，同时经机载控制子系统和机载无线传输子系统，传输至无人机远程控制分系统实时显示、监控；在无人机飞行过程中，飞行平台分系统的机载控制子系统根据无人机位置和雷达位置，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达；

步骤七、当无人机完成一个航路的回波模拟，通过无人机远程控制分系统，控制无人机返回设定的相对角度位置；

步骤八、根据试验测试要求或者训练要求，重新设置无人机飞行参数，重复第二步至第七步，完成预定任务。

有益效果

(1)本发明通过无人机远程控制分系统、飞行平台分系统和无线电信标相互配合，采用无线电信标提供雷达的实时位置坐标，使雷达回波模拟器的天线波束指向能够准确指向静止状态或者运动状态的雷达，同时控制无人机模拟目标相对雷达的运动轨迹，然后接收雷达辐射的信号，通过射频存储、幅度调制、多普勒调制、距离调制，模拟目标回波信号检测雷达性能，或者模拟目标回波信号和干扰信号，训练雷达操作人员。与现有方法相比较，本发明具有试验准确、适用范围广、使用方便的优点。

(2)本发明涉及一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统及方法，该系统包括飞行平台分系统、雷达回波模拟器、无人机远程控制分系统和无线电信标，所述飞行平台分系统包括无人机和配置在所述无人机上的伺服子系统、机载控制子系统及机载无线数据传输子系统，所述雷达回波模拟器包括天线单元、收发前端、变频组件、频综组件、信号处理机、二次电源和机箱，所述无人机远程控制分系统包括控制基站和无线通信设备，所述机载控制子系统连接雷达回波模拟器，并通过机载无线数据传输子系统连接无人机远程控制分系统，所述无线电信标内置GPS定位模块和串口通信模块，连接无人机远程控制分系统，将雷达的实时位置坐标发送给机载控制子系统。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图；

图2是本发明的雷达回波模拟器系统示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，包括飞行平台分系统、雷达回波模拟器、无人机远程控制分系统和无线电信标，所述飞行平台分系统包括无人机和配置在所述无人机上的伺服子系统、机载控制子系统及机载无线数据传输子系统，所述机载控制子系统包括机载传感器、惯导模块、飞控计算机、飞行数据记录模块和通信接口转换模块，所述机载控制子系统连接雷达回波模拟器，并通过机载无线数据传输子系统连接无人机远程控制分系统，所述无人机远程控制分系统包括控制基站和无线通信设备，所述雷达回波模拟器包括天线单元、收发前端、变频组件、频综组件和信号处理机，所述变频组件分别连接收发前端和信号处理机，所述收发前端分别连接天线单元和变频组件，所述频综组件分别连接变频组件和信号处理机，所述无线电信标内置GPS定位模块和串口通信模块，连接无人机远程控制分系统，将雷达的实时位置坐标通过无线通信设备发送给机载控制子系统，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达。

实际工作中被测雷达可能处于静态状态，也可以是运动状态。当雷达处于配置在运动的舰船上时，可以按照以下步骤实施。

第一步，将无人机远程控制分系统和无线电信标安装在配置雷达的舰船平台上，保证无人机的工作区域处于无线通信设备的通信范围中。

第二步，在无人机远程控制分系统中，按照雷达回波信号模拟的要求，对无人机飞行路线和飞行参数进行规划设置，并将无线电信标测量的被测雷达的实时位置坐标和无人机模拟空中目标的飞行路线、参数下发给无人机。

第三步，通过无人机远程控制分系统发送上电开机指令，控制雷达回波模拟器开机，完成雷达回波模拟器工作参数的配置，雷达回波模拟器处于待机状态。

第四步，操作人员通过无人机远程控制分系统的控制基站和无线通信设备操控无人机，飞行至距离雷达1000m±10m、相对高度大于300m的模拟起始位置悬停。飞行平台分系统的机载控制子系统根据无人机位置和雷达位置，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达。

第五步，通过无人机远程控制分系统发送开机指令，控制雷达回波模拟器开机，雷达回波模拟器接收雷达辐射的信号，进行数字射频存储，并通过延迟时间、多普勒频率、回波信号幅度等参数调制，产生雷达回波信号和/或干扰信号，模拟目标回波的距离、幅度、径向速度的变化。

第六步，无人机远程控制分系统根据雷达位置、无人机位置和模拟目标的位置，计算雷达与无人机的相对角度关系，控制无人机运动到模拟目标与雷达的连线上，完成目标相对雷达横向运动角度的模拟，同时雷达回波模拟器根据设定参数，输出目标回波信号、干扰信号或者目标回波与干扰信号的组合信号，并实时存储雷达回波模拟器的工作状态信息、无人机的位置信息，同时经机载控制子系统和机载无线传输子系统，传输至无人机远程控制分系统实时显示、监控。在无人机飞行过程中，飞行平台分系统的机载控制子系统根据无人机位置和雷达位置，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达。

第七步，当无人机完成一个航路的回波模拟，通过无人机远程控制分系统，控制无人机返回距离舰船1000m的相对角度位置。

第八步，根据试验测试要求或者训练要求，重新设置无人机飞行参数，重复第二步至第七步，完成全部科目。

如图2所示，所述雷达回波模拟器包括天线单元、收发前端、变频组件、频综组件和信号处理机。所述收发前端分别连接天线单元和变频组件，完成对发射激励信号的驱动放大，并对接收的雷达脉冲信号进行低噪声放大或者直通处理。所述变频组件分别连接收发前端和信号处理机，完成中频发射信号到射频发射信号的变频处理，以及雷达射频信号到中频信号的下变频处理。所述频综组件分别连接变频组件和信号处理机，为雷达回波模拟器提供本振信号、时钟信号、时序信号。所述信号处理机包括数字射频存储模块、信号处理模块、接口通信控制模块、电源模块。根据雷达类型以及雷达回波模拟的需要，天线可以选择喇叭天线、抛物面天线、微带天线、对周天线、螺旋天线、缝隙天线等各种类型天线。雷达回波模拟器的天线单元、收发前端安装在所述飞行平台分系统的伺服子系统上，在机载控制子系统的控制下，将天线波束指向雷达，保证发射波束能够覆盖雷达，且雷达回波信号能够被准确接收。

所述雷达回波模拟器工作时，首先接收雷达辐射脉冲信号，该射频信号经天线接收得到雷达脉冲射频信号，通过收发前端和变频组件下变频处理输出雷达脉冲中频信号，送往信号处理机。信号处理机的数字射频存储模块完成雷达脉冲中频信号的ADC采样、瞬时测频、信号检测、雷达脉冲参数提取等处理，实时存储雷达脉冲中频信号。信号处理模块接收雷达回波模拟器产生的雷达脉冲特征数据，进行聚类分选、信号识别，并根据用户技术指标和功能要求，以及雷达回波信号生成策略，形成辐射信号决策，并把辐射参数下发给数字射频存储模块，数字射频存储模块对接收的雷达脉冲中频信号进行幅度、相位、多普勒频率、极化、延迟时间等多参数调制，产生中频发射信号，该中频发射信号可以是单个目标回波信号，也可以是干扰信号，或者目标回波信号与干扰信号的组合。信号处理机产生的中频发射信号，经过变频组件上变频处理和收发前端功率放大后得到射频发射信号，通过天线向空间辐射。信号处理机在完成上述基本功能的基础上，还控制雷达回波模拟器的其它功能。信号处理机通过内部总线控制频综组件的工作频点、变频组件的通道增益，同时提供了与机载控制子系统、无人机远程控制分系统的通信接口，能够接收控制指令、参数加载和数据导出。

所述飞行平台分系统包括无人机和配置在所述无人机上的伺服子系统、机载控制子系统及机载无线数据传输子系统，机载控制子系统通过机载无线数据传输子系统连接无人机远程控制分系统，通过串口通信连接伺服子系统。所述机载控制子系统包括机载传感器、惯导模块、飞控计算机、飞行数据记录模块和通信接口转换模块，主要完成飞行姿态及位置测量、飞行状态监控、自主航线飞行控制、自动飞行安全保护、机载传感器监测、信存储、飞行数据记录、机载设备的加电控制，并与机载设备和无人机远程控制分系统的通信，完成特殊的用户需求。机载无线数据传输子系统负责无人机与无人机远程控制分系统的遥控指令通信和数据下传，考虑无人机平台的承载能力，具体实施中，选择体积小、重量轻的调频数传电台，参考参数如下：工作频率范围：902～928MHz，传输方式：跳频，传输距离：不小于40km，串口波特率：不小于1Mbps，发射功率：不小于30dbmW。

为了保证天线波束稳定指向被测雷达，机载控制子系统通过机载无线数据传输子系统接收无线电信标测量的被测雷达的实时位置坐标，结合无人机的位置坐标及其姿态信息，计算无人机与雷达的相对角度关系，通过伺服子系统，控制天线单元的波束指向雷达。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims

1.一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：

该模拟系统包括飞行平台分系统、雷达回波模拟器、无人机远程控制分系统和无线电信标；

雷达回波模拟器用于完成目标回波的距离、幅度、径向速度或者多普勒信息的模拟，无人机相对雷达的角度变化，模拟目标相对雷达的横向角度运动；

所述无线电信标内置GPS定位模块和串口通信模块，连接无人机远程控制分系统的控制基站，并通过无线通信设备，将雷达的实时位置坐标信息发给控制飞行平台分系统的机载控制子系统，控制无人机远程控制分系统的伺服子系统，将天线单元的波束方向对准雷达。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：所述的雷达回波模拟器包括天线单元、收发前端、变频组件、频综组件和信号处理机和二次电源模块；变频组件分别连接收发前端和信号处理机；收发前端分别连接天线单元和变频组件；频综组件分别连接变频组件和信号处理机。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：所述的天线单元、收发前端、变频组件配置在飞行平台分系统的伺服子系统。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：所述信号处理机包括数字射频存储模块、信号处理模块和接口通信控制模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：所述数字射频存储模块完成ADC采样、瞬时测频、信号检测、雷达脉冲参数提取、雷达样本信号截取、多参数调制，并根据无人机与雷达的相对距离、径向速度，以及辐射信号决策，生成中频发射信号。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：所述信号处理模块接收数字射频存储模块发送的雷达脉冲参数，完成聚类分选、信号识别、辐射信号决策，并将辐射决策和参数发送给数字射频存储模块和接口通信控制模块。

7.根据权利要求6所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟系统，其特征在于：所述接口通信控制模块用于接收辐射决策和参数，完成数据存储，并转发给机载控制子系统。

8.一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤四、通过无人机远程控制分系统的控制基站和无线通信设备操控无人机，飞行至距离雷达的设定位置悬停；飞行平台分系统的机载控制子系统根据无人机位置和雷达位置，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达；

步骤六、无人机远程控制分系统根据雷达位置、无人机位置和模拟目标的位置，计算雷达与无人机的相对角度关系，控制无人机运动到模拟目标与雷达的连线上，完成目标相对雷达横向运动角度的模拟，同时雷达回波模拟器根据设定参数，输出目标回波信号、干扰信号或者目标回波与干扰信号的组合信号，并实时存储雷达回波模拟器的工作状态信息、无人机的位置信息，同时经机载控制子系统和机载无线传输子系统，传输至无人机远程控制分系统实时显示、监控；在无人机飞行过程中，飞行平台分系统的机载控制子系统根据无人机位置和雷达位置，控制伺服子系统将天线单元的波束方向对准雷达，完成一个航路的回波模拟。

9.根据权利要求8所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟方法，其特征在于：当无人机完成一个航路的回波模拟，通过无人机远程控制分系统，控制无人机返回设定的相对角度位置。

10.根据权利要求9所述的一种基于无线电信标的无人机载雷达回波模拟方法，其特征在于：根据试验测试要求或者训练要求，重新设置无人机飞行参数，重复第二步-第六步以及通过无人机远程控制分系统控制无人机返回设定的相对角度位置的过程完成预定任务。