CN115685110A - 一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法 - Google Patents

一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法，涉及雷达信号监测技术领域，回波模拟器接收多个反射点的独立雷达信号，对独立雷达信号的频率进行下变频至中频雷达信号；对数字化时域离散雷达信号进行数字垂直混频，得到数字化时域离散雷达信号的平行及垂直分量信号；经延时计算单元延时后的平行及垂直分量信号，计算所有反射点反射回来的总的平行与垂直分量信号为，对总的平行与垂直分量信号进行分量合并，得到总数字化时域离散雷达信号，对总数字化时域离散雷达信号进行上变频，得到上变频数字信号，将上变频数字信号转换回模拟信号，并通过回波模拟器发射端发射模拟信号，实现延时控制。

Description

一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法
技术领域
本发明涉及雷达信号监测技术领域，尤其涉及一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法。
背景技术
雷达是一种可以进行无线电搜索和对目标物进行测距、测向和识别的设备。早期，雷达对空间的扫描都是机械式的扫描，天线进行转动的结构使得扫描频率很低，一旦机械出现问题，雷达就很难实现作用，况且这种机械式雷达不能够实时探测到目标的位置信息。为了能够使雷达探测到更广更远的区域，并且能够记录下探测目标的轨迹，因此雷达必须能够进行二维扫描。所以，相控阵技术应运而生并得到了迅速发展。
随着延迟线技术在相控阵天线的应用发展，越来越多的机构开始关注实时延迟控制设计的理论和实践。延迟电路是指能够对某个信号进行精确延迟处理的电路。最早的延迟电路是由固体软件实现，能够产生几秒、几十秒的延迟，但是这足以使得业内初次意识到延迟的优势和必要性。最简单的延迟单元为电阻电容电路，可以通过调节电阻或者电容的大小实现延迟变化，但是这种结构的延迟时间比较短而且精度很低。随着各种技术的不断发展，不同应用场合中对延迟电路的延迟范围和延迟精度都有着不同的要求。
雷达回波模拟器在雷达系统的性能测试中具有广泛的应用。目前的雷达回波模拟器在生成回波信号后根据目标的延时需要存储信号直到延时时刻到达时才能放出信号，这样会消耗很多硬件资源。现有技术中的所述雷达回波信号模拟器通常采用传统脉冲延时算法，该算法对所述SAR发射信号进行了延时处理，也通过调制信息对所述SAR发射信号进行了不同的功率调制，但是由于所述调制信息与延时后的SAR发射信号不能匹配，常导致模拟的回波失真。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法，包括如下步骤：
S1、回波模拟器接收多个反射点的独立雷达信号，并根据预设目标距离计算目标模拟器中雷达信号的延时量；
S2、对独立雷达信号的频率进行下变频至中频雷达信号；
S3、对经低通滤波后的中频雷达信号M(t)进行AD采样得到数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)；
S4、对数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)进行数字垂直混频，得到数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)的平行及垂直分量信号I(n)，Q(n)；
S5、该平行及垂直分量信号I(n)，Q(n)经延时计算单元延时的时间为τ，则经延时计算单元延时后的平行及垂直分量信号
Figure 469402DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 324226DEST_PATH_IMAGE002
；
S6、计算所有反射点反射回来的总的平行与垂直分量信号为
Figure 290914DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 623806DEST_PATH_IMAGE004
；
S7、对总的平行与垂直分量信号
Figure 438178DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 447592DEST_PATH_IMAGE004
进行分量合并，得到总数字化时域离散雷达信号
Figure 652308DEST_PATH_IMAGE005
：
S8、对总数字化时域离散雷达信号
Figure 851208DEST_PATH_IMAGE005
进行上变频，得到上变频数字信号
Figure 707038DEST_PATH_IMAGE006
：
S9、将上变频数字信号
Figure 638085DEST_PATH_IMAGE007
转换回模拟信号
Figure 392414DEST_PATH_IMAGE008
，并通过回波模拟器发射端发射模拟信号。
进一步地，步骤S2中：
在下变频段周期内，假设所接收的雷达发射信号为S(t)，本地振荡器产生本振信号为L(t)，M(t)为下变频后经低通滤波后的中频雷达信号，
Figure 316376DEST_PATH_IMAGE009
Figure 777445DEST_PATH_IMAGE010
Figure 207289DEST_PATH_IMAGE011
其中，A0、fo和
Figure 635865DEST_PATH_IMAGE012
分别为所接收的雷达信号的振幅、频率和相位；A1、fL和
Figure 848672DEST_PATH_IMAGE013
分别为本振信号的振幅、频率和相位；
令f1=f0-fL，
Figure 492143DEST_PATH_IMAGE014
，AL＝1/2A0A1,则Ｍ(t)可表示为：
Figure 14260DEST_PATH_IMAGE015
其中，μ为调频参数，AL、f1和
Figure 680865DEST_PATH_IMAGE016
分别为滤波后信号的振幅、频率和相位。
进一步地，步骤S3中：
n为采样间隔的周期个数，每个周期时间为Ts，则数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)表示为：
Figure 759679DEST_PATH_IMAGE017
进一步地，步骤S4中，I(n)，Q(n)分别表示为：
Figure 444607DEST_PATH_IMAGE018
Figure 153937DEST_PATH_IMAGE019
进一步地，步骤S5中，经延时计算单元延时后的平行及垂直分量信号
Figure 104576DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 174032DEST_PATH_IMAGE002
表示为:
Figure 464199DEST_PATH_IMAGE020
Figure 406747DEST_PATH_IMAGE021
进一步地，步骤S6中，照射区域内存在N个彼此间断随机分布的独立的反射点，设每个反射点距离接收器的延时时间为
Figure 31632DEST_PATH_IMAGE022
，每一个反射点反射回来的平行及垂直分量信号为
Figure 389932DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 862502DEST_PATH_IMAGE002
，则所有反射点反射回来的总的平行及垂直分量信号为
Figure 162902DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 25816DEST_PATH_IMAGE004
:
Figure 437075DEST_PATH_IMAGE024
进一步地，步骤S7中，总数字化时域离散雷达信号
Figure 498572DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 720605DEST_PATH_IMAGE026
Figure 320083DEST_PATH_IMAGE028
进一步地，步骤S8中，上变频数字信号
Figure 348082DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 467348DEST_PATH_IMAGE030
进一步地，步骤S9中，模拟信号
Figure 843971DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure 743794DEST_PATH_IMAGE032
。
相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：
通过接收多个反射点对雷达发射信号经频谱下移的射频信号进行采样，由延时计算单元实现对采样信号的精确时延，并采用多个反射点独立进行频率调制、幅度及相位调制，结合多反射点合路的处理方式，实现精确的延时控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明的雷达回波模拟器高精度延时控制方法流程示意图；
图2为本发明的雷达回波模拟器高精度延时控制系统结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
如图1所示，为雷达回波模拟器高精度延时控制方法流程示意图，包括如下步骤：
S1：回波模拟器接收多个反射点的独立雷达信号，并根据预设目标距离计算目标模拟器中雷达信号的延时量。优选地，延时量等于预设目标距离相对于当前雷达信号周期的余数。
总的电磁反射可以认为是某些局部位置上的电磁反射的合成，这些局部性的反射源通常称为等效多反射中心，或简称多反射中心。当目标上各主要部分的尺寸远大于雷达波长时，受雷达照射的目标的电磁反射区并不是由目标整个表面的反射量贡献的，而是可以用多个(一般可达十几个或者几十个)孤立的反射中心来完全表征，从几何观点来分析，就是那些曲率不连续处和表面不连续处，如目标的边缘，凸面曲率不连续点，棱角及尖端等特殊部位；此外，还有特殊的镜面反射，蠕动波，行波效应引起的等效反射中心。因此，目标的回波信号可以看成目标上若干个反射点回波的合成。因此要将反射点的空间坐标转到雷达坐标中来，并采用多个反射点独立进行多普勒频率调制、幅度及相位调制，结合多反射点合路的处理方式实现引信面目标回波模拟。
S2：对独立雷达信号的频率进行下变频至中频雷达信号。
在下变频段周期内，假设所接收的雷达发射信号为S(t)，本地振荡器产生本振信号为L(t)，M(t)为下变频后经低通滤波后的中频雷达信号。
Figure 247588DEST_PATH_IMAGE009
Figure 736207DEST_PATH_IMAGE010
Figure 34464DEST_PATH_IMAGE011
其中，A0、fo和
Figure 421583DEST_PATH_IMAGE012
分别为所接收的雷达发射信号的振幅、频率和相位；A1、fL和
Figure 978335DEST_PATH_IMAGE013
分别为本振信号的振幅、频率和相位；
令f1=f0-fL，
Figure 806614DEST_PATH_IMAGE014
，AL＝1/2A0A1,则Ｍ(t)可表示为：
Figure 603669DEST_PATH_IMAGE015
其中，μ为调频参数，AL、f1和
Figure 399455DEST_PATH_IMAGE016
分别为滤波后信号的振幅、频率和相位。
S3：对经低通滤波后的中频雷达信号M(t)进行AD采样得到数字化时域离散雷达信号，n为采样间隔的周期个数，每个周期时间为Ts，则数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)表示为：
Figure 510631DEST_PATH_IMAGE017
S4：对数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)进行数字垂直混频，可得到数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)的平行及垂直分量信号I(n)，Q(n)，其中I(n)，Q(n)分别表示为：
Figure 521312DEST_PATH_IMAGE018
Figure 699656DEST_PATH_IMAGE019
S5：该平行及垂直分量信号I(n)，Q(n)经延时计算单元延时的时间为τ，则经延时计算单元延时后的平行及垂直分量信号
Figure 733471DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 632026DEST_PATH_IMAGE002
表示为:
Figure 497214DEST_PATH_IMAGE020
Figure 573754DEST_PATH_IMAGE021
S6：照射区域内存在N个彼此间断随机分布的独立的反射点，设每个反射点距离接收器的延时时间为
Figure 344133DEST_PATH_IMAGE022
，每一个反射点反射回来的平行及垂直分量信号为
Figure 593849DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 516805DEST_PATH_IMAGE034
，则所有反射点反射回来的总的平行与垂直分量信号为
Figure 13515DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 84239DEST_PATH_IMAGE004
Figure 75329DEST_PATH_IMAGE023
S7：对总的平行与垂直分量信号
Figure 102059DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 582719DEST_PATH_IMAGE004
进行分量合并，得到总数字化时域离散雷达信号
Figure 812843DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 856892DEST_PATH_IMAGE025
Figure 551178DEST_PATH_IMAGE035
S8：对总数字化时域离散雷达信号
Figure 140422DEST_PATH_IMAGE005
进行上变频，得到上变频数字信号
Figure 372690DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 767899DEST_PATH_IMAGE036
S9：将上变频数字信号
Figure 254375DEST_PATH_IMAGE006
转换回模拟信号
Figure 529367DEST_PATH_IMAGE008
，并通过回波模拟器发射端发射模拟信号，
Figure 796401DEST_PATH_IMAGE037
。
如图2所示，为本发明的雷达回波模拟器高精度延时控制系统结构示意图，该延时控制系统包括依次连接的回波模拟器的接收端、延时计算单元、下变频单元、低通滤波器、A/D转换器、调制器、上变频单元、D/A转换器和回波模拟器的发射端。
回波模拟器的接收端多个反射点的独立雷达信号。在优选实施例中，回波模拟器的接收端还可以设置低噪声放大电路，用以对接收到的雷达信号进行低噪声放大处理。
本地振荡器用于产生变频的本振信号L(t)，延时计算单元用以根据预设目标距离计算所述目标模拟器中雷达信号的延时量。
下变频单元用以对雷达信号的频率进行下变频至频率为中频雷达信号。
低通滤波器用于对下变频后的中频雷达信号进行低通滤波。
A/D转换器用于对经低通滤波后的中频雷达信号进行AD采样得到数字化时域离散雷达信号。
垂直混频单元用于对数字化时域离散雷达信号进行数字垂直混频，得到数字化时域离散雷达信号的平行及垂直分量信号。
延时计算单元用于将平行及垂直分量信号进行延时，得到延时后的平行及垂直分量信号。优选地，该延时计算单元可以为QDR存储器，用以对中频数字雷达信号进行延时，其延时精度为16/3ns。
调制器用于计算多个独立的反射点反射回来的总的平行及垂直分量信号，并进行分量合并，得到总数字化时域离散雷达信号。
上变频单元用于对总数字化时域离散雷达信号进行数字上变频。
D/A转换器用于对数字上变频后的总数字化时域离散雷达信号进行转换为模拟信号。
回波模拟器的发射端用于发射模拟信号。
上述的雷达回波模拟器，在实现过程中利用QDR存储器对接收的雷达信号实现大延时，采用抽头延时线和滤波器结构的抽头延时调制技术实现精确的、高分辨率延时，最后进行多普勒调制处理，经DA变换后输出，其中高分辨率延时部分为了能到达200个反射点延时的需求和资源之间的平衡，采用反射点时域上延时叠加的结构，就是第N个反射点是第N-1个反射点延后的信号，然后再独立进行多普勒调制。对于不同类型的目标，由计算机对战情数据的实时解算，控制产生目标回波的反射点数、一维距离像数和间隔，并进行多普勒频率的调制等来实现对各类目标的模拟。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种雷达回波模拟器高精度延时控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、回波模拟器接收多个反射点的独立雷达信号，并根据预设目标距离计算目标模拟器中雷达信号的延时量；
S2、对独立雷达信号的频率进行下变频至中频雷达信号；
S3、对经低通滤波后的中频雷达信号进行AD采样得到数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)；
S4、对数字化时域离散雷达信号进行数字垂直混频，得到数字化时域离散雷达信号的平行及垂直分量信号；
S5、该平行及垂直分量信号经延时计算单元延时的时间τ，则得到经延时计算单元延时后的平行及垂直分量信号；
S6、计算所有反射点反射回来的总的平行与垂直分量信号；
S7、对总的平行与垂直分量信号进行分量合并，得到总数字化时域离散雷达信号：
S8、对总数字化时域离散雷达信号进行上变频，得到上变频数字信号：
S9、将上变频数字信号转换回模拟信号，并通过回波模拟器发射端发射模拟信号。
2.根据权利要求1所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S2中：
在下变频段周期内，假设所接收的雷达发射信号为S(t)，本地振荡器产生本振信号为L(t)，M(t)为下变频后经低通滤波后的中频雷达信号，
Figure 394192DEST_PATH_IMAGE001
Figure 311332DEST_PATH_IMAGE002
Figure 153386DEST_PATH_IMAGE003
其中，A0、fo和
Figure 610913DEST_PATH_IMAGE004
分别为所接收的雷达信号的振幅、频率和相位；A1、fL和
Figure 487602DEST_PATH_IMAGE005
分别为本振信号的振幅、频率和相位；
令f1=f0-fL，
Figure 372381DEST_PATH_IMAGE006
，AL＝1/2A0A1,则Ｍ(t)可表示为：
Figure 639414DEST_PATH_IMAGE007
其中，μ为调频参数，AL、f1和
Figure 900631DEST_PATH_IMAGE008
分别为滤波后信号的振幅、频率和相位。
3.根据权利要求2所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S3中：
n为采样间隔的周期个数，每个周期时间为Ts，则数字化时域离散雷达信号Ｍ(n)表示为：
Figure 631827DEST_PATH_IMAGE009
。
4.根据权利要求3所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S4中，I(n)，Q(n)分别表示为：
Figure 523445DEST_PATH_IMAGE010
Figure 277775DEST_PATH_IMAGE011
。
5.根据权利要求4所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S5中，经延时计算单元延时后的平行及垂直分量信号
Figure 77103DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 662805DEST_PATH_IMAGE013
表示为:
Figure 154967DEST_PATH_IMAGE014
Figure 396592DEST_PATH_IMAGE015
。
6.根据权利要求5所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S6中，照射区域内存在N个彼此间断随机分布的独立的反射点，设每个反射点距离接收器的延时时间为
Figure 734033DEST_PATH_IMAGE016
，每一个反射点反射回来的平行及垂直分量信号为
Figure 439820DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 837304DEST_PATH_IMAGE018
，则所有反射点反射回来的总的平行及垂直分量信号为
Figure 566225DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 707357DEST_PATH_IMAGE020
:
Figure 267651DEST_PATH_IMAGE021
。
7.根据权利要求6所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S7中，总数字化时域离散雷达信号
Figure 39298DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 52253DEST_PATH_IMAGE024
Figure 997076DEST_PATH_IMAGE026
。
8.根据权利要求7所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S8中，上变频数字信号
Figure 411876DEST_PATH_IMAGE028
为：
Figure 354425DEST_PATH_IMAGE030
。
9.根据权利要求8所述的延时控制方法，其特征在于，步骤S9中，模拟信号
Figure 854676DEST_PATH_IMAGE032
为：
Figure 337610DEST_PATH_IMAGE034
。
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