CN115575913A - 一种气象雷达目标模拟器及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气象雷达目标模拟器，目标模拟器主机内部设置有彼此通信连接的主控模块、基带模块、微波模块以及电源模块，通过电源模块向主控模块、基带模块、微波模块供电，所述微波模块包括彼此通信连接的下变频模块、频综模块以及上变频模块，所述基带模块包括ADC、DAC和信号产生模块，通过ADC对由下变频模块输入的中频信号进行采样处理，所述信号产生模块再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC输出中频目标回波信号，送入上变频模块进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号。本发明还提供了一种气象雷达目标模拟方法，采用上述模拟器完成雷达气象、湍流、风切变告警、地图测绘、信标的功能。

Description

一种气象雷达目标模拟器及模拟方法

技术领域

本发明涉及气象雷达目标模拟技术领域，具体涉及一种气象雷达目标模拟器及模拟方法。

背景技术

气象雷达目标模拟器是专门为完成雷达气象、湍流、风切变告警、地图测绘、信标等工作研制的，具有真波束地形测绘(RBM)、信标(BCN)、气象探测+湍流探测、风切变探测、信号测试的功能。采用气象雷达目标模拟器技术可以快速对雷达的各种气象条件进行模拟和分析，从而缩短雷达的测试周期，减少雷达的维护保养时间。

但是目前的气象雷达目标模拟器只有少数的功能和模式，只能进行基本的信标和气象探测。目前还没有相应的气象雷达目标模拟器具备，地形测绘，信号测试等分析和模拟的功能。，对于如何在单一设备上进行气象雷达的模拟和分析成为技术难题。

发明内容

本发明提供一种气象雷达目标模拟器，用于解决现有技术中无法在单一设备上进行气象雷达的模拟和分析的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种气象雷达目标模拟器，包括目标模拟器主机，该目标模拟器主机内部设置有彼此通信连接的主控模块、基带模块、微波模块以及电源模块，通过电源模块向主控模块、基带模块、微波模块供电，

其中，所述微波模块包括彼此通信连接的下变频模块、频综模块以及上变频模块，

所述基带模块包括ADC、DAC和信号产生模块，通过ADC对由下变频模块输入的中频信号进行采样处理，所述信号产生模块再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC输出中频目标回波信号，送入上变频模块进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号。

优选的，所述基带模块还包括PRF处理模块，所述PRF处理模块对输入的PRF信号进行处理，并发送至信号产生模块。

优选的，所述基带信号还包括还包括激励信息提取模块，采用PRF信号的输入通过PRF处理模块的处理，同时将由下变频模块将发射激励信号下变频至中频的激励信号到激励信息提取模块对激励信号进行分析，并且同步由主控模块转发的雷达工作状态的多输入模式，所述信号产生模块对主控模块发送的PRF信号、激励信号、雷达工作状态进行分析从而产生中频回波信号，并发送至上变频模块处理。

优选的，所述基带模块还包括脉冲信号产生模块，采用PRF信号输入至PRF处理模块到信号产生模块，同步输入由脉冲信号产生模块处理后的信标参数至信号产生模块，从而产生中频回波信号，并发送至上变频模块处理。

优选的，所述基带模块还包括距离门展宽及多普勒叠加模块，通过PRF信号输入PRF处理模块进行解析输出至信号产生模块，同时将由下变频模块将发射激励信号下变频至中频的激励信号和气象参数输入至距离门展宽及多普勒叠加模块读取信号，并发送至信号发生模块，输出中频回波信号至上变频模块处理。

优选的，所述目标模拟器主机通过接口模块接收雷达的帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息及电压检测信号，所述接口模块放置于雷达ATE接口处，所述接口模块将输入的单端PRF信号过电平转换芯片后输入FPGA，FPGA内部对PRF信号进行脉冲检测，同时将PRF信号送至差分转换芯片输出至主控模块，同时将帧同步信号、雷达工作状态信息、线性调频脉冲信号通过差分转单端信号进行转换，送入FPGA进行脉冲检测，同时将雷达工作状态信息与帧信号送入单端转差分芯片输出至主控模块；所述主控模块将差分PRF信号、帧同步信号转化为单端且送入基带模块，并将以及雷达状态信息转发至基带模块。

优选的，所述目标模拟器主机还包括人机接口模块，所述人机接口模块通过422接口与主控模块通讯，且显示从主控模块获取目标模拟器主机当前运行状态、BIT检测结果、雷达ATE接口的检测结果，同时与按键板配合完成信标参数和气象参数的输入，并通过主控模块将信标参数和气象参数分发至基带模块。

一种气象雷达目标模拟器的模拟方法，，采用上述所述的气象雷达目标模拟器进行检测，其步骤如下：

步骤1：用户通过按键板选择工作模式，工作模式包括RBM模式、信标模式、气象湍流模式、风切变模式以及检测模式；

步骤2：通过接口模块接收雷达的帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息，所述接口模块将输入的PRF信号过电平转换芯片后输入FPGA，PFGA内部对PRF信号进行脉冲检测，同时将PRF信号送至差分转换芯片输出至主控模块，同时将帧同步信号、雷达工作状态信息、线性调频脉冲信号通过差分转单端信号进行转换，送入FPGA进行脉冲检测，同时将雷达工作状态信息与帧信号送入单端转差分芯片输出至主控模块；

步骤3：主控模块将帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息发送至基带模块，PRF处理模块对PRF信号进行解析并输出至信号产生模块，同时ADC对由下变频模块输入的中频信号进行采样处理，然后信号产生模块再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC输出中频目标回波信号，送入上变频模块进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号；

步骤4：FPGA汇总检测结果通过422接口发送到主控模块，主控模块将检测结果发送至人机接口模块显示。

本发明的有益效果：

本发明实现在单一设备上根据雷达参数，计算真波束地形测绘(RBM)、信标(BCN)、气象探测、湍流探测、风切变探测信号；同时能够接收包括频率基准信号、帧同步信号和脉冲重复频率信号(PRF)，根据雷达状态和相关参数，然后产生可供气象/地形测绘功能检测的回波信号；还可通过空间辐射的方式被雷达天线接收；能够对雷达ATE口所输出的帧同步信号、脉冲重复频率信号(PRF)、线性调频脉冲信号，+5VD、±5VA、±15VA电压信号进行测试，以辅助机上BIT测试；能够利用数字射频存储器(DRFM)技术，在DRFM内对采集的雷达信号进行气象、湍流、风切变警、信标、地图等目标回波信息的调制，并产生所需的射频目标回波信号等功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1气象雷达目标模拟器功能框图。

图2为RBM目标回波实现原理图。

图3为六脉冲编码图。

图4为信标回波信号实现原理图。

图5为气象、湍流回波信号实现原理图。

图6为风切变回波信号实现原理图。

图7为信号测试实现原理图。

其中，100-电源模块；200-人机接口模块；300-主控模块；400-基带模块；401-信号产生模块；402-DAC；403-PRF处理模块；404-激励信息提取模块；405-脉冲信号发生模块；406-距离门展宽及多普勒叠加模块；500-微波模块；501-下变频模块；502-频综模块；503-上变频模块；600-接口模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本实施例具体提供了一种气象雷达目标模拟器，包括目标模拟器主机，其结构框图如图1所示，主要包括彼此通信连接的主控模块300、基带模块400、微波模块500以及电源模块100，通过电源模块100向主控模块300、基带模块400、微波模块500供电。

其中，所述微波模块500包括彼此通信连接的下变频模块501、频综模块502以及上变频模块503，所述频综模块502根据输入的基准信号(也可选择内部基准)产生基带模块所需的时钟信号，以及上变频模块503、下变频模块501所需的本振信号。所述下变频模块501把接收到的发射激励信号下变频至中频，供基带模块400使用。所述上变频模块503把基带模块400输出的中频回波信号进行上变频及幅度控制，输出与雷达频率一致的回波信号，通过喇叭天线空间辐射输出。

所述基带模块400包括ADC、DAC402和信号产生模块401，通过ADC对由下变频模块输入的中频信号进行采样处理，所述信号产生模块401再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC402输出中频目标回波信号，送入上变频模块503进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号。

本主机还包括人机接口模块200，人机接口模块200显示从主控模块获取的模拟器当前运行状态、BIT检测结果、雷达ATE接口的检测结果等，同时与按键板配合完成模拟器参数输入。人机接口模块200通过422接口与主控模块通讯。

其中，主控模块300由FPGA、MCU、以太网协议芯片以及422驱动芯片等组成。

主控模块300实现信号汇总，打包处理等操作，同时提供以太网对外通讯，可以接受远程控制。主要功能如下：

a)将差分PRF、帧脉冲信号转化为单端，送入基带模块400；

b)将雷达状态信息转发至基带模块400；

c)通过422将接口模块测试结果转发至人机接口模块200；

d)将以太网命令转发至人机接口模块200；

e)解析人机接口模块用户设置参数，将设置参数分发至基带模块400；

f)根据人机接口设置的衰减量设置上变频衰减参数等；

g)将频综Bit、上变频Bit检测结果发送至人机接口模块200显示；

h)通过采样检波电平实现下变频AGC控制。

实施例1

本实施例提供的一种气象雷达目标模拟器，具备真波束地图测绘(RBM)的功能。用于对地图进行绘制的部分。

在本实施例中，当雷达工作于RBM模式下时，模拟器的基带模块400以接收到的PRF、激励信号、雷达工作状态作为输入条件，对内部选择DDS进行调制，以产生与雷达发射信号一致的中频回波信号。中频信号再通过微波模块500进行上变频和功率控制即可产生与雷达频率一致的射频回波信号。

在本实施中，如图2所示，基带模块400还包括PRF处理模块403和激励信息提取模块404，采用PRF信号的输入通过PRF处理模块403的处理，同时发射由下变频处理后的中频激励信号到激励信号提取模块404对激励信号进行分析，并且同步输入雷达工作状态的多输入模式，在信号产生模块401对输入的PRF信号、激励信号、雷达工作状态进行分析从而产生中频回波信号，并发送至上变频模块处理，即可产生与雷达频率一致的射频回波信号。

实施例2

本实施例提供的一种气象雷达目标模拟器，具备信标功能的实现，BCN载频为9XX5MHz，编码形式分为双脉冲和六脉冲编码。对于双脉冲编码，要求其脉冲宽度为0.5us±0.1us，调整脉冲间距即可实现信标编码的实现。

对于六脉冲编码，如图3所示，其码组结构由6个宽度和间距均相等的脉冲组成，通过调整脉冲序列即可实现信标编码的实现。

六脉冲编码要求如下：

脉冲宽度：0.5±0.1us；

脉冲间距：3±0.1us；

码组长度：15.5±0.2us；

在本实施中，如图4所示，基带模块400还包括PRF处理模块403和脉冲信号产生模块405，通过PRF信号输入至PRF处理模块403到信号产生模块，同步输入由脉冲信号产生模块405处理后的信标参数至信号产生模块401，通过DAC模块输出回波信号至上变频模块503，进行上变频和功率控制，即可产生与雷达频率一致的射频回波信号，即实现信标的功能。

实施例3

本实施例提供的一种气象雷达目标模拟器，具备气象探测+湍流探测的功能，当雷达工作于气象、湍流探测状态时，模拟器接收雷达激励信号、PRF信号，根据设置的云团深度对接收到的激励信号在距离门上进行展宽。

本模拟器输出气象目标时，距离门上展宽的信号即可；需要输出湍流目标时，对湍流回波中需要缔结多普勒变化，满足湍流回波特性。

在本实施中，如图5所示，基带模块400还包括PRF处理模块403和距离门展宽及多普勒叠加模块406，通过PRF信号输入PRF处理模块403进行解析输出至信号产生模块，将由下变频模块501将发射激励信号下变频至中频的激励信号和气象参数输入至距离门展宽及多普勒叠加模块406读取信号，发射至信号发生模块，再输出成为回波信号，最后通过再进行上变频和功率控制，即可产生与雷达频率一致的射频回波信号。

实施例4

本实施例提供的一种气象雷达目标模拟器，具备风切变探测功能。雷达工作于风切变模式时，本模拟器接收PRF信号及发射激励信号，产生距离门上存在多普勒频率细差的信号，以模拟风切变回波特性。

如图6所示，当风切变探测模式下时，信号产生模块401以接收到的PRF信号、激励信号、雷达工作状态作为输入条件，对内部选择DDS进行调制，以产生与雷达发射信号一致的中频回波信号。中频信号再通过微波模块进行上变频和功率控制即可产生与雷达频率一致的射频回波信号。

实施例5

本实施例提供的一种气象雷达目标模拟器，具备信号测试功能。

在接近雷达ATE端口处放置接口模块600，接收雷达的离散量信号(包括帧同步信号、脉冲重复频率信号(PRF)、线性调频脉冲信号)和电压检测信号(包括+5VD、±5VA、±15VA)。

如图7所示，接口模块600将输入的单端PRF信号通过电平转换芯片后输入FPGA，PFGA内部对PRF脉冲进行脉冲检测，同时将PRF送至差分转换芯片输出至主控模块；帧、雷达状态、LFM/LFMTZ等差分信号通过差分转单端信号进行转换，送入FPGA进行脉冲检测，同时将雷达状态(422)与帧信号送入单端转差分芯片输出至主控模块300。

ATE接口输出的电压检测信号通过限流、分压后进运放处理，形成一定范围适合MCU上AD采样的低电压信号，信号经过多路选通开关后送入AD进行采样检测，可得到各个电压值。

电压采样信号在MCU中进行判断，并将判断结果发送给FPGA，FPGA汇总脉冲测试结果等检测结果通过42接口发送到主控模块。

通过接受ARE接口模块，接受雷达的帧同步信号、脉冲重复频率信号(PRF)、线性调频脉冲信号和多种电压检测信号后，输入至FPGA后对差分信号进行分析，之后通过差分转换模块输出至主控模块，从而解决信号测试的问题。

本发明还提供了一种气象雷达目标模拟器的模拟方法，采用上述的气象雷达目标模拟器进行检测，其步骤如下：

步骤1：用户通过按键板选择工作模式，工作模式包括RBM模式、信标模式、气象湍流模式、风切变模式以及检测模式；

步骤2：通过接口模块600接收雷达的帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息，所述接口模块600将输入的PRF信号过电平转换芯片后输入FPGA，PFGA内部对PRF信号进行脉冲检测，同时将PRF信号送至差分转换芯片输出至主控模块，同时将帧同步信号、雷达工作状态信息、线性调频脉冲信号通过差分转单端信号进行转换，送入FPGA进行脉冲检测，同时将雷达工作状态信息与帧信号送入单端转差分芯片输出至主控模块300；

步骤3：主控模块300将帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息发送至基带模块400，PRF处理模块403对PRF信号进行解析并输出至信号产生模块401，同时ADC对由下变频模块501输入的中频信号进行采样处理，然后信号产生模块401再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC输出中频目标回波信号，送入上变频模块进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号；

步骤4：FPGA汇总检测结果通过422接口发送到主控模块，主控模块将检测结果发送至人机接口模块显示。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种气象雷达目标模拟器，包括目标模拟器主机，其特征在于，该目标模拟器主机内部设置有彼此通信连接的主控模块、基带模块、微波模块以及电源模块，通过电源模块向主控模块、基带模块、微波模块供电，

其中，所述微波模块包括彼此通信连接的下变频模块、频综模块以及上变频模块，

所述基带模块包括ADC、DAC和信号产生模块，通过ADC对由下变频模块输入的中频信号进行采样处理，所述信号产生模块再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC输出中频目标回波信号，送入上变频模块进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号。

2.根据权利要求1所述的一种气象雷达目标模拟器，其特征在于，所述基带模块还包括PRF处理模块，所述PRF处理模块对由主控模块送入的PRF信号进行处理，并发送至信号产生模块。

3.根据权利要求2所述的一种气象雷达目标模拟器，其特征在于，所述基带信号还包括还包括激励信息提取模块，采用PRF信号的输入通过PRF处理模块的处理，同时将由下变频模块将发射激励信号下变频至中频的激励信号到激励信息提取模块对激励信号进行分析，并且同步由主控模块转发的雷达工作状态的多输入模式，所述信号产生模块对主控模块发送的PRF信号、激励信号、雷达工作状态进行分析从而产生中频回波信号，并发送至上变频模块处理。

4.根据权利要求2所述的一种气象雷达目标模拟器，其特征在于，所述基带模块还包括脉冲信号产生模块，采用PRF信号输入至PRF处理模块到信号产生模块，同步输入由脉冲信号产生模块处理后的信标参数至信号产生模块，从而产生中频回波信号，并发送至上变频模块处理。

5.根据权利要求2所述的一种气象雷达目标模拟器，其特征在于，所述基带模块还包括距离门展宽及多普勒叠加模块，通过PRF信号输入PRF处理模块进行解析输出至信号产生模块，同时将由下变频模块将发射激励信号下变频至中频的激励信号和气象参数输入至距离门展宽及多普勒叠加模块读取信号，并发送至信号发生模块，输出中频回波信号至上变频模块处理。

6.根据权利要求2所述的一种气象雷达目标模拟器，其特征在于，所述目标模拟器主机通过接口模块接收雷达的帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息及电压检测信号，所述接口模块放置于雷达ATE接口处，所述接口模块将输入的单端PRF信号过电平转换芯片后输入FPGA，FPGA内部对PRF信号进行脉冲检测，同时将PRF信号送至差分转换芯片输出至主控模块，同时将帧同步信号、雷达工作状态信息、线性调频脉冲信号通过差分转单端信号进行转换，送入FPGA进行脉冲检测，同时将雷达工作状态信息与帧信号送入单端转差分芯片输出至主控模块；所述主控模块将差分PRF信号、帧同步信号转化为单端且送入基带模块，并将以及雷达状态信息转发至基带模块。

7.根据权利要求5所述的一种气象雷达目标模拟器，其特征在于，所述目标模拟器主机还包括人机接口模块，所述人机接口模块通过422接口与主控模块通讯，且显示从主控模块获取目标模拟器主机当前运行状态、BIT检测结果、雷达ATE接口的检测结果，同时与按键板配合完成信标参数和气象参数的输入，并通过主控模块将信标参数和气象参数分发至基带模块。

8.一种气象雷达目标模拟器的模拟方法，其特征在于，采用根据权利要求1-7任意一项所述的气象雷达目标模拟器进行检测，其步骤如下：

步骤1：用户通过按键板选择工作模式，工作模式包括RBM模式、信标模式、气象湍流模式、风切变模式以及检测模式；

步骤2：通过接口模块接收雷达的帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息，所述接口模块将输入的PRF信号过电平转换芯片后输入FPGA，PFGA内部对PRF信号进行脉冲检测，同时将PRF信号送至差分转换芯片输出至主控模块，同时将帧同步信号、雷达工作状态信息、线性调频脉冲信号通过差分转单端信号进行转换，送入FPGA进行脉冲检测，同时将雷达工作状态信息与帧信号送入单端转差分芯片输出至主控模块；

步骤3：主控模块将帧同步信号、PRF信号、线性调频脉冲信号、雷达工作状态信息发送至基带模块，PRF处理模块对PRF信号进行解析并输出至信号产生模块，同时ADC对由下变频模块输入的中频信号进行采样处理，然后信号产生模块再根据用户设置参数、雷达状态信息、PRF信号及帧脉冲对基带信号进行处理，再通过DAC输出中频目标回波信号，送入上变频模块进行处理，产生与雷达频率一致的射频回波信号；

步骤4：FPGA汇总检测结果通过422接口发送到主控模块，主控模块将检测结果发送至人机接口模块显示。

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