CN115015854A - 一种多通道星载sar回波模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多通道星载SAR回波模拟器,其由射频部分和数字部分构成,射频部分和数字部分之间采用半钢电缆连接。所述射频部分包括一个射频输入通道、多个射频输出通道和基准频率源模块。其中射频输入通道、射频输出通道均相互独立,且布局和结构设计均保持一致。所述射频输入通道由射频本振模块、限幅模块和下变频模块组成。所述射频输出通道主要由射频本振模块、上变频模块组成。本发明包括实时点目标模式、记录模式、场景模式和自闭环模式四种工作模式。本发明将各种模式结合使用,将回波仿真生成与回波回放两个过程有机分解,避免了在FPGA或DSP内部做实时卷积运算,大大降低了系统的复杂度,同时简化了系统操作,提高了测试效率。
Description
技术领域
本发明属于星载合成孔径雷达集成测试技术领域,具体涉及一种多通道星载SAR回波模拟器。
背景技术
星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)回波模拟器主要应用在星载SAR地面集成测试阶段,其可以对星载SAR各种成像模式和图像性能指标进行测试和评估。现有的模拟器大致可分为两类,一类是事先在计算机仿真平台上生成仿真回波,然后利用模拟器按照雷达工作时序实时回放仿真回波;另一类是实时采集SAR发射信号,然后利用DSP或FPGA等平台对回波进行实时卷积运算生成仿真回波,并实时回放。上述第一类模拟器属于开环测试系统,其无法评估SAR发射通道误差对成像精度的影响。第二类模拟器虽然属于闭环测试系统,但是其对复杂场景回波进行实时卷积运算需要消耗大量的硬件资源,因此其带宽和重频一般都不会太高。
目前星载SAR正朝着大幅宽、高分辨率和多模式的方向发展,因此其系统带宽和方位向通道数量不断增加,现有的星载SAR回波模拟器已经满足不了在研星载SAR系统的测试需求。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明基于射频和数字部分分离的设计思想,提出一种多通道星载SAR回波模拟器,其采用的技术方案为:
一种多通道星载SAR回波模拟器,包括射频部分和数字部分,所述射频部分和数字部分之间采用半钢电缆连接;
所述射频部分包括一个射频输入通道、多个射频输出通道和基准频率源模块;
所述数字部分包括采集处理单元、信号生成与回放单元、数据存储单元和计算机单元;
所述射频输入通道包括射频本振模块、限幅模块和下变频模块;
所述射频输出通道包括射频本振模块和上变频模块;
所述基准频率源模块包括恒温晶振、倍频器和滤波器;
所述采集处理单元用于完成中频信号采集和模拟器工作时序控制;
所述信号生成与回放单元用于完成基带信号生成、回波实时调制、场景回波回放和中频信号输出;
所述数据存储单元用于完成场景回波的数据存储功能;
所述计算机单元用于运行所述回波模拟器的上位机软件,完成所述回波模拟器的系统控制、系统遥测检测和数据管理。
进一步地,所述射频输入通道、射频输出通道均相互独立,且布局和结构设计均保持一致。
进一步地,所述基准频率源模块为输入模块和输出模块的射频本振模块提供基准时钟,同时可输出所述数字部分的FPGA工作时钟和采样时钟。
进一步地,所述数字部分采用VPX架构,不同的功能单元分布在不同的VPX电路板上。
进一步地,所述数字部分利用剩余槽位增加所述信号生成与回放单元,实现所述回波模拟器的通道数量的扩展;所述数字部分利用剩余槽位增加所述数据存储单元,现实存储容量扩展。
进一步地,所述多通道星载SAR回波模拟器具有实时点目标模式、记录模式、场景模式和自闭环模式四种工作模式。
进一步地,在所述实时点目标模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器实现点和点阵的回波数据的实时生成与回放,在该模式下,所述回波模拟器与SAR构成一个实时完整的闭环系统,精确评估SAR的两维分辨率。
进一步地,在所述记录模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器按照SAR工作时序记录其发射信号,用于场景模式回波仿真,该模式与所述场景模式共同构成复杂场景下的SAR闭环测试链路。
进一步地,所述场景模式用于回放复杂场景回波,用于测试SAR的不同工作模式;在所述场景模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器按照SAR工作时序回放事先存储的场景回波。
进一步地,所述自闭环模式用于所述多通道星载SAR回波模拟器自检,包括模拟器通道误差校准、稳定性测试和系统状态检查。
有益效果:
本发明的多通道星载SAR回波模拟器在结构采用射频和数字部分分离的设计思想。其射频部分各通道相互独立,保证了通道间的隔离度和一致性。其数字部分采用VPX架构,可灵活扩展通道数量、系统带宽和存储容量,可满足当前相同波段不同型号星载SAR的集成测试需求。在功能上,其拥有实时点目标模式、记录模式、场景模式和自闭环四种测试模式。各种模式结合使用,将回波仿真生成与回波回放两个过程有机分解,避免了在FPGA或DSP内部做实时卷积运算,大大降低了系统的复杂度,同时简化了系统操作,提高了测试效率。
附图说明
图1为本发明的多通道星载SAR回波模拟器构成示意图。
图2为本发明的实时模式信号处理过程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,本发明中的多通道星载SAR回波模拟器由射频部分和数字部分构成,射频部分和数字部分之间采用半钢电缆连接。
所述射频部分主要包括一个射频输入通道、1-n个射频输出通道和基准频率源模块,其中n为自然数。其中射频输入通道、射频输出通道均相互独立,且布局和结构设计均保持一致。
所述射频输入通道由射频本振模块、限幅模块和下变频模块组成。
所述射频输出通道由射频本振模块、上变频模块组成。
所述基准频率源模块主要由恒温晶振、倍频器和滤波器组成,所述基准频率源模块可为输入模块和输出模块的射频本振模块提供基准时钟,同时可输出所述数字部分的FPGA工作时钟和采样时钟,另外所述基准频率源模块还可将外部输出的100MHz信号作为基准,以达到回波模拟器与SAR相干工作的目的。
所述数字部分采用VPX架构,不同的功能单元分布在不同的VPX电路板上,各功能单元通过VPX母板互联,基于VPX互联架构,数字部分各功能单元都可扩展。数字部分主要包括采集处理单元、信号生成与回放单元、数据存储单元和计算机单元。
所述采集处理单元主要由高速ADC芯片、Xilinx UltraScale架构FPGA芯片和DDR存储芯片构成。其主要完成中频信号采集和模拟器工作时序控制等功能,所述采集处理单元内部采用数字降采样技术,可支持多种采样率。另外,所述采集处理单元可具有两路中频信号输入接口、两路PCIe 3.0接口、三路GTH接口和一路外部触发信号接口。通过GTH接口,可将采集的数据实时发送至信号与生成回放单元,也可以通过PCIe 3.0接口搬移至计算机单元的内存中。
所述信号生成与回放单元主要由高速DAC芯片、Xilinx UltraScale架构FPGA芯片和DDR存储芯片构成。其主要完成基带信号生成、回波实时调制、场景回波回放和中频信号输出等功能。另外,所述信号生成与回放单元具有四路中频信号输出接口、两路PCIe 3.0接口、两路GTH接口和一路外部触发信号接口。通过加载不同的FPGA程序,所述信号生成与回放单元可实现四路200MHz或一路600MHz带宽信号的实时回放。另外,所述数字部分可利用剩余槽位增加信号生成与回放单元,实现模拟器通道数量的扩展。
所述数据存储单元由两块FLASH磁盘阵列构成,容量可达16T,主要完成场景回波数据存储功能。其具有两路PCIe 3.0接口,计算机单元可通过该PCIe 3.0接口将仿真回波数据存储到所述数据存储单元中。另外,所述数字部分可利用剩余槽位增加数据存储单元,现实存储容量扩展。所述数据存储单元可被计算机单元识别为系统磁盘,计算机单元可基于Windows文件管理系统对数据存储单元中的回波文件进行管理。
所述计算机单元是一块单板计算机,其主要用于运行模拟器上位机软件,完成模拟器系统控制、系统遥测检测、数据管理等功能。
基于上述硬件结构,本发明的多通道星载SAR回波模拟器具有实时点目标模式、记录模式、场景模式和自闭环模式四种工作模式。
在所述实时点目标模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器可实现点和点阵的回波数据的实时生成与回放,在该模式下,所述回波模拟器与SAR构成了一个实时完整的闭环系统,可以精确评估SAR的两维分辨率。
在所述记录模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器可按照SAR工作时序记录其发射信号,用于场景模式回波仿真,该模式与场景模式可共同构成复杂场景下的SAR闭环测试链路。即可以精确评估SAR成像质量,又降低了所述回波模拟器的设计复杂度。
所述场景模式用于回放复杂场景回波,主要用于测试SAR的不同工作模式。在所述场景模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器可以按照SAR工作时序回放事先存储的场景回波。
所述自闭环模式主要用于所述多通道星载SAR回波模拟器自检,包括模拟器通道误差校准、稳定性测试和系统状态检查等。
具体地,所述四种工作模式包括如下步骤:
1、实时点目标模式
在实时点目标模式下,通过有线或无线的方式将SAR发射的射频信号输入到所述回波模拟器的射频输入通道,所述射频信号经射频部分的下变频模块变频到中频信号后,由中频输出通道输出至所述采集处理单元。
所述中频信号由所述采集处理单元采集后,再经过数字正交解调模式,下变频后得到基带I、Q两路信号。所述采集处理单元将基带信号数据通过GTH接口传输至所述信号生成与回放单元。
所述信号生成与回放单元按照事先下载到信号生成与回放单元内DDR存储芯片中的实时信号调制文件,对不同通道的基带信号进行幅度、相位调制和延时。然后,基带信号经数字正交调制到中频,输入至射频出通道。
所述射频输出通道将接收到的中频信号,经上变频模块后输出通过有线或无线的方式输入到SAR的接收通道中。
2、记录模式
在所述记录模式下,所述回波模拟器通过有线或无线的方式接收SAR发射的射频信号,经射频输入通道下变频模块下变频到中频信号后,将所述中频信号输出至所述采集处理单元。
所述中频信号由所述采集处理单元采集后,再经过一次数字正交解调后得到基带I、Q两路信号。所述采集处理单元将基带信号存储在采集处理单元内DDR存储芯片中,当数据记满一组DDR存储芯片时,所述采集处理单元发送中断信号至计算机单元,所述计算机单元通过PCIe DMA通道将DDR存储芯片中的数据先行读取到计算机单元的内存中,然后再转移到所述数据存储单元中以文件的形式存储并进行管理。
3、场景模式
在所述场景模式下,首先通过所述记录模式,记录SAR真实发射信号,然后在计算机仿真平台上将目标场景调制到发射信号上,按照相应的格式形成仿真回波文件,并存储到数字部分的所述数据存储单元中。
当所述场景模式开始测试时,所述信号生成与回放单元按照SAR工作时序回放场景回波中频信号,经射频输出通道上变频模块至射频信号后,在通过有线或无线的方式输入到SAR的接收通道中。
4、自闭环模式
在所述自闭环模式下,所述信号生成与回放单元按照工作界面设置的带宽、脉宽和PRF等参数输出中频信号,该中频信号经射频输出通道输出后,再闭环输入到射频输入通道,经射频输入通道下变频模块后,由所述采集处理单元采集后,由所述计算机单元存储至所述数据存储单元。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:包括射频部分和数字部分,所述射频部分和数字部分之间采用半钢电缆连接;
所述射频部分包括一个射频输入通道、多个射频输出通道和基准频率源模块;
所述数字部分包括采集处理单元、信号生成与回放单元、数据存储单元和计算机单元;
所述射频输入通道包括射频本振模块、限幅模块和下变频模块;
所述射频输出通道包括射频本振模块和上变频模块;
所述基准频率源模块包括恒温晶振、倍频器和滤波器;
所述采集处理单元用于完成中频信号采集和模拟器工作时序控制;
所述信号生成与回放单元用于完成基带信号生成、回波实时调制、场景回波回放和中频信号输出;
所述数据存储单元用于完成场景回波的数据存储功能;
所述计算机单元用于运行所述回波模拟器的上位机软件,完成所述回波模拟器的系统控制、系统遥测检测和数据管理。
2.根据权利要求1所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述射频输入通道、射频输出通道均相互独立,且布局和结构设计均保持一致。
3.根据权利要求1所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述基准频率源模块为输入模块和输出模块的射频本振模块提供基准时钟,同时输出所述数字部分的FPGA工作时钟和采样时钟。
4.根据权利要求1所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述数字部分采用VPX架构,不同的功能单元分布在不同的VPX电路板上。
5.根据权利要求1所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述数字部分利用剩余槽位增加所述信号生成与回放单元,实现所述回波模拟器的通道数量的扩展;所述数字部分利用剩余槽位增加所述数据存储单元,现实存储容量扩展。
6.根据权利要求1所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述多通道星载SAR回波模拟器具有实时点目标模式、记录模式、场景模式和自闭环模式四种工作模式。
7.根据权利要求6所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:在所述实时点目标模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器实现点和点阵的回波数据的实时生成与回放,在该模式下,所述回波模拟器与SAR构成一个实时完整的闭环系统,精确评估SAR的两维分辨率。
8.根据权利要求6所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:在所述记录模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器按照SAR工作时序记录其发射信号,用于场景模式回波仿真,该模式与所述场景模式共同构成复杂场景下的SAR闭环测试链路。
9.根据权利要求6所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述场景模式用于回放复杂场景回波,用于测试SAR的不同工作模式;在所述场景模式下,所述多通道星载SAR回波模拟器按照SAR工作时序回放事先存储的场景回波。
10.根据权利要求6所述的多通道星载SAR回波模拟器,其特征在于:所述自闭环模式用于所述多通道星载SAR回波模拟器自检,包括模拟器通道误差校准、稳定性测试和系统状态检查。
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CN117749134A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 成都玖锦科技有限公司 | 一种基带数据和中频数据的数据回放方法 |
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