CN115951318A - 一种uhf频段雷达目标回波模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达技术领域，尤其是一种UHF频段雷达目标回波模拟器，包括：微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、接收天线、发射天线、外部计算机、电源单元、对外接口模块。本发明具有工作频率低、带宽宽特点，除了模拟目标数量、基本的距离、速度等参数外，还模拟目标的散射面积和SwerlingⅠ～Ⅳ型目标起伏模型，满足了数字多雷达目标回波模拟要求。

Description

一种UHF频段雷达目标回波模拟器

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种UHF频段雷达目标回波模拟器。

背景技术

雷达目标回波模拟通过接收雷达的发射波，分析并以此来模拟出一个或多个虚拟目标，然后将模拟目标回波发送给雷达。在雷达性能和算法的验证过程以及系统调试和评估过程中，均需要目标模拟器提供目标环境。在雷达日常功能检测、雷达故障排查和雷达操作使用人员的培训过程中，也离不开雷达目标模拟器。它不但能够很大程度地减少开发成本，而且可以尽可能地缩短开发制造周期、提高调试阶段效率，非常大的方便了雷达系统的研发、测试、应用和维护。

雷达目标回波模拟主要包括目标距离模拟、回波幅度模拟、回波幅度起伏模拟、目标速度模拟、雷达散射截面积RCS模拟。现代高性能军用雷达为了获得良好的搜索、跟踪、多目标、抗干扰等性能，几乎全采用相参频率捷变、相控阵、MTI(动目标显示)、PD(脉冲多卜勒)、LFM(宽带线形调频)脉冲压缩等兼容或并存的体制，雷达目标回波模拟还需考虑多普勒频率、距离速度相关。

申请号202110046835.0发明专利，一种连续波雷达目标模拟器，只实现目标速度、目标能量大小的模拟；申请号201310737577.6一种用于Ku波段全相参的雷达目标模拟器，只实现了多普勒频率的模拟；发明专利申请号202020318251.5雷达目标模拟器，由天线、环形器、第一混频器、放大器和第二混频器组成，只是解决接收天线和发射天线夹角所带来的测量误差问题；申请号201920438937.5一种雷达目标模拟器，主要解决模拟器需要连接配电柜，使用十分麻烦，需要外界显示屏，携带麻烦的问题。上述专利雷达目标回波模拟器，都没有模拟通用的SwerlingⅠ～Ⅳ型目标起伏模型。高世鹰在《现代电子技术》2007年第11期发表的“基于LabVIEW与Matlab混合编程的雷达回波起伏特性模拟”，提出利用LabVIEW与Matlab软件控制任意波形发生器,实现Swerling I、II型回波起伏特性模拟，由于采用通用仪器来实现回波起伏特性模拟，成本高、体积大，不是专用回波起伏特性模拟电路，不方便集成在雷达目标回波模拟器中。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种UHF频段雷达目标回波模拟器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种UHF频段雷达目标回波模拟器，包括：微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、接收天线、发射天线、外部计算机、电源单元、对外接口模块；

所述微波接收模块输入端和所述接收天线输出端相连，微波接收模块输出端和所述高速采集与数据处理模块输入端相连，所述高速采集与数据处理模块输出端1和所述放大器输入端相连；所述放大器输出端和所述微波发射模块输入端相连，所述微波发射模块输出端和发射天线输入端相连；所述GPS模块输出端和接口与主控模块输入端相连；所述接口与主控模块输入/输出端1和高速采集与数据处理模块输入/输出端相连；所述接口与主控模块输入/输出端2和所述对外接口模块输入/输出端1相连；所述对外接口模块输入/输出端2和所述外部计算机相连；所述电源单元和微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、外部计算机、对外接口模块相连；

所述微波接收模块通过滤波、放大、衰减，实现输入信号幅度调整；所述高速采集与数据处理模块用于雷达模拟目标和回波的产生；所述放大器实现信号幅度放大；所述接口与主控模块包括控制面板、显示器、嵌入式计算机，通过控制面板发出控制指令，显示器显示操作过程，嵌入式计算机切换不同模式，并将控制面板设置的参数通过串口发送给高速采集与数据处理模块和对外接口模块，对高速采集与数据处理模块和对外接口模块进行控制，用于实现目标参数的配置；所述GPS模块包括GPS天线、接收器，通过GPS信号解析输出GPS秒脉冲和GPS时信号，用于授时同步；所述微波发射模块通过滤波、放大、衰减，实现输出信号幅度调整；所述接收天线采用波导喇叭天线，用于接收雷达信号；所述发射天线采用波导喇叭天线，用于发射模拟雷达信号；所述外部计算机用于软件维护更新、参数设置、人机交互和系统控制；所述电源单元用于供电；所述对外接口模块用于雷达信号输入和目标回波信号输出、GPS、外部计算机、供电的接口。

优选地，所述微波接收模块包括固定衰减器、低通滤波器1、数控衰减器1、功放1、数控衰减器2、功放2、数控衰减器3、功放3、前端带通滤波器1；所述固定衰减器输出端和所述低通滤波器1输入端相连，所述低通滤波器1输出端和所述数控衰减器1输入端相连，所述数控衰减器1输出端和所述功放1输入端相连，所述功放1输出端和所述数控衰减器2输入端相连，所述数控衰减器2输出端和所述功放2输入端相连，所述功放2输出端和所述数控衰减器3输入端相连，所述数控衰减器3输出端和所述功放3输入端相连，所述功放3输出端和所述前端带通滤波器1输入端相连。

优选地，所述高速采集与数据处理模块包括ADC、高速DAC、FPGA、时钟NCO1、时钟NCO2、数字下变频DDC、数字上变频DUC、4×抽样模块、8×插值模块；所述ADC输出端和数字下变频DDC输入端1相连，所述数字下变频DDC输入端2和时钟NCO1输出端相连，所述数字下变频DDC输出端和4×抽样模块输入端相连，所述4×抽样模块输出端和FPGA输入端相连，所述FPGA输出端和8×插值模块输入端相连，所述8×插值模块输出端和数字上变频DUC输入端1相连，所述数字上变频DUC输出端和高速DAC相连，所述数字上变频DUC输入端2和时钟NCO2输出端相连；所述ADC采取1.6GHz时钟频率对输入的UHF信号进行采样，数字下变频DDC后进行4×抽样模块输出到FPGA；所述FPGA进行距离、速度、多普勒频率模拟、Swerling模型计算，经8×插值模块、数字上变频DUC、高速DAC转换输出模拟雷达信号。

优选地，所述接口与主控模块将目标的起点距离、终点距离、运动速度、距速相关状态发送至高速采集与数据处理模块，将所述高速采集与数据处理模块更新的距离通过对外接口模块发送给外部计算机进行显示；所述接口与主控模块和所述GPS模块通信，获取GPS定位信息并取得时间同步；所述接口与主控模块通过所述高速采集与数据处理模块控制输入的信号衰减及信号的输出增益。

优选地，微波发射模块包括数控衰减器4、数控衰减器5、低通滤波器2、功放4、数控衰减器6、功放5、功放6、前端带通滤波器2；所述数控衰减器4输出端和所述数控衰减器5输入端相连，所述数控衰减器5输出端和所述低通滤波器2输入端相连，所述低通滤波器2输出端和所述功放4输入端相连，所述功放4输出端和所述数控衰减器6输入端相连，所述数控衰减器6输出端和所述功放5输入端相连，所述功放5输出端和所述功放6输入端相连，所述功放6输出端和所述前端带通滤波器2输入端相连。

优选地，所述对外接口模块包括2个N型连接器、1个SMA信号接口、1个JY27466T15E35PN插头、1个千兆RJ45网络接口、1个供电接口；所述2个N型连接器，分别用于被测雷达信号输入和目标回波信号输出；所述SMA信号接口，用于GPS天线；所述JY27466T15E35PN插头，用于连接GPS授时同步设备，完成时统信号的接入；所述千兆RJ45网络接口，用于外部计算机对目标模拟器参数进行设置和状态读取；所述供电接口，用于外置供电。

优选地，所述FPGA包括串口数据解包模块、串口数据发送模块、距速相关模块、多普勒频率计算模块、DRFM模块、Swerling模型模块；所述串口数据解包模块输出端1和距速相关模块输入端相连，所述串口数据解包模块输出端2和Swerling模型模块输入端1相连；所述距速相关模块输出端1和DRFM模块输入端1相连，所述距速相关模块输出端2和多普勒频率计算模块输入端1相连，所述距速相关模块输出端3和串口数据发送模块输入端相连，所述多普勒频率计算模块输出端和DRFM模块输入端2相连，所述DRFM模块输出端和Swerling模型模块输入端2相连；所述串口数据解包模块接收到串口命令后，将起点、终点、速度命令输出到所述距速相关模块，采用接收的回波信号相对于发射信号的延迟时间来获得模拟目标的实时距离信息，所述距速相关模块将目标的实时距离输出到DRFM模块，DRFM采用信号写入与读出之间的采样点数的时间来获得模拟延迟时间，用于模拟距离变化的目标回波信号；所述距速相关模块将目标的速度输出到多普勒频率计算模块，再输出到DRFM模块，用于模拟速度变化的目标回波信号；所述串口数据解包模块接收所述接口与主控模块控制下达的Swerling模型选择命令；所述DRFM模块输出信号到Swerling模型模块；所述距速相关模块输出信号到串口数据发送模块。

优选地，所述微波接收模块有盖板，用于空间的隔离，所述微波发射模块有盖板，用于空间的隔离。

优选地，所述电源单元采用PI型滤波和穿心电容馈电，用于电源隔离，所述FPGA控制线上串联电磁兼容滤波器，用于控制信号的隔离。

优选地，所述4路乘法-移位模块输出端分别和所述饱和加模块的输入端相连，所述饱和加模块的输出端和所述Swerling模型模块输入端相连；受不同幅度控制的所述4路乘法-移位器输出所述信号至所述饱和加模块后，所述Swerling模型模块接收所述信号，以接收所述信号幅度为最大值，采用蒙特卡洛模拟方法和傅里叶变换产生信号幅度分布符合Swerling模型的的随机信号，从该随机信号中随机抽取一个来生成雷达散射截面积RCS。

本发明中，所述一种UHF频段雷达目标回波模拟器具有以下优点：

(1)能够提供静态和动态目标模拟场景；

1)能够提供距离不变和距离在一定范围内可变化的目标回波信号；

2)能够提供速度不变和速度在一定范围内可变化的目标回波信号；

3)能够模拟RCS目标模型和SwerlingⅠ～Ⅳ型目标模型。

(2)具备时统和网络接口，可通过外部计算机设置模拟器参数并读取工作状态；

(3)能够根据场景参数、模拟目标参数的设置控制回波信号的功率；

(4)模拟器自带GPS授时设备，并通过该设备进行时间同步；

(5)能够接收来自雷达系统的信号，并对信号进行处理后输出射频信号，实现对目标回波信号的模拟。

附图说明

图1为本发明提供了一种UHF频段雷达目标回波模拟器的组成示意图；

图2为本发明提供了微波接收模块的组成示意图；

图3为本发明提供了高速采集与数据处理模块的组成示意图；

图4为本发明提供了微波发射模块的组成示意图；

图5为本发明提供了FPGA的组成示意图；

图6为本发明提供了产生Swerling模型信号流程示意图。

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。

如图1所示，UHF频段雷达目标回波模拟器，包括：微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、接收天线、发射天线、外部计算机、电源单元、对外接口模块；

所述微波接收模块输入端和所述接收天线输出端相连，微波接收模块输出端和所述高速采集与数据处理模块输入端相连，所述高速采集与数据处理模块输出端1和所述放大器输入端相连；所述放大器输出端和所述微波发射模块输入端相连，所述微波发射模块输出端和发射天线输入端相连；所述GPS模块输出端和接口与主控模块输入端相连；所述接口与主控模块输入/输出端1和高速采集与数据处理模块输入/输出端相连；所述接口与主控模块输入/输出端2和所述对外接口模块输入/输出端1相连；所述对外接口模块输入/输出端2和所述外部计算机相连；所述电源单元和微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、外部计算机、对外接口模块相连；

所述微波接收模块通过滤波、放大、衰减，实现输入信号幅度调整；所述高速采集与数据处理模块用于雷达模拟目标和回波的产生；所述放大器实现信号幅度放大；所述接口与主控模块包括控制面板、显示器、嵌入式计算机，通过控制面板发出控制指令，显示器显示操作过程，嵌入式计算机切换不同模式，并将控制面板设置的参数通过串口发送给高速采集与数据处理模块和对外接口模块，对高速采集与数据处理模块和对外接口模块进行控制，用于实现目标参数的配置；所述GPS模块包括GPS天线、接收器，通过GPS信号解析输出GPS秒脉冲和GPS时信号，用于授时同步；所述微波发射模块通过滤波、放大、衰减，实现输出信号幅度调整；所述接收天线采用波导喇叭天线，用于接收雷达信号；所述发射天线采用波导喇叭天线，用于发射模拟雷达信号；所述外部计算机用于软件维护更新、参数设置、人机交互和系统控制；所述电源单元用于供电；所述对外接口模块用于雷达信号输入和目标回波信号输出、GPS、外部计算机、供电的接口。

如图2所示，所述微波接收模块包括固定衰减器、低通滤波器1、数控衰减器1、功放1、数控衰减器2、功放2、数控衰减器3、功放3、前端带通滤波器1；所述固定衰减器输出端和所述低通滤波器1输入端相连，所述低通滤波器1输出端和所述数控衰减器1输入端相连，所述数控衰减器1输出端和所述功放1输入端相连，所述功放1输出端和所述数控衰减器2输入端相连，所述数控衰减器2输出端和所述功放2输入端相连，所述功放2输出端和所述数控衰减器3输入端相连，所述数控衰减器3输出端和所述功放3输入端相连，所述功放3输出端和所述前端带通滤波器1输入端相连。

如图3所示，所述高速采集与数据处理模块包括ADC、高速DAC、FPGA、时钟NCO1、时钟NCO2、数字下变频DDC、数字上变频DUC、4×抽样模块、8×插值模块；所述ADC输出端和数字下变频DDC输入端1相连，所述数字下变频DDC输入端2和时钟NCO1输出端相连，所述数字下变频DDC输出端和4×抽样模块输入端相连，所述4×抽样模块输出端和FPGA输入端相连，所述FPGA输出端和8×插值模块输入端相连，所述8×插值模块输出端和数字上变频DUC输入端1相连，所述数字上变频DUC输出端和高速DAC相连，所述数字上变频DUC输入端2和时钟NCO2输出端相连；所述ADC采取1.6GHz时钟频率对输入的UHF信号进行采样，数字下变频DDC后进行4×抽样模块输出到FPGA；所述FPGA进行距离、速度、多普勒频率模拟、Swerling模型计算，经8×插值模块、数字上变频DUC、高速DAC转换输出模拟雷达信号。

如图1所示，所述接口与主控模块将目标的起点距离、终点距离、运动速度、距速相关状态发送至高速采集与数据处理模块，将所述高速采集与数据处理模块更新的距离通过对外接口模块发送给外部计算机进行显示；所述接口与主控模块和所述GPS模块通信，获取GPS定位信息并取得时间同步；所述接口与主控模块通过所述高速采集与数据处理模块控制输入的信号衰减及信号的输出增益。

如图4所示，微波发射模块包括数控衰减器4、数控衰减器5、低通滤波器2、功放4、数控衰减器6、功放5、功放6、前端带通滤波器2；所述数控衰减器4输出端和所述数控衰减器5输入端相连，所述数控衰减器5输出端和所述低通滤波器2输入端相连，所述低通滤波器2输出端和所述功放4输入端相连，所述功放4输出端和所述数控衰减器6输入端相连，所述数控衰减器6输出端和所述功放5输入端相连，所述功放5输出端和所述功放6输入端相连，所述功放6输出端和所述前端带通滤波器2输入端相连。

如图1所示，所述对外接口模块包括2个N型连接器、1个SMA信号接口、1个JY27466T15E35PN插头、1个千兆RJ45网络接口、1个供电接口；所述2个N型连接器，分别用于被测雷达信号输入和目标回波信号输出；所述SMA信号接口，用于GPS天线；所述JY27466T15E35PN插头，用于连接GPS授时同步设备，完成时统信号的接入；所述千兆RJ45网络接口，用于外部计算机对目标模拟器参数进行设置和状态读取；所述供电接口，用于外置供电。

如图5所示，所述FPGA包括串口数据解包模块、串口数据发送模块、距速相关模块、多普勒频率计算模块、DRFM模块、Swerling模型模块；所述串口数据解包模块输出端1和距速相关模块输入端相连，所述串口数据解包模块输出端2和Swerling模型模块输入端1相连；所述距速相关模块输出端1和DRFM模块输入端1相连，所述距速相关模块输出端2和多普勒频率计算模块输入端1相连，所述距速相关模块输出端3和串口数据发送模块输入端相连，所述多普勒频率计算模块输出端和DRFM模块输入端2相连，所述DRFM模块输出端和Swerling模型模块输入端2相连；所述串口数据解包模块接收到串口命令后，将起点、终点、速度命令输出到所述距速相关模块，采用接收的回波信号相对于发射信号的延迟时间来获得模拟目标的实时距离信息，所述距速相关模块将目标的实时距离输出到DRFM模块，DRFM采用信号写入与读出之间的采样点数的时间来获得模拟延迟时间，用于模拟距离变化的目标回波信号；所述距速相关模块将目标的速度输出到多普勒频率计算模块，再输出到DRFM模块，用于模拟速度变化的目标回波信号；所述串口数据解包模块接收所述接口与主控模块控制下达的Swerling模型选择命令；所述DRFM模块输出信号到Swerling模型模块；所述距速相关模块输出信号到串口数据发送模块。

如图1所示，所述微波接收模块有盖板，用于空间的隔离；所述微波发射模块有盖板，用于空间的隔离；所述电源单元采用PI型滤波和穿心电容馈电，用于电源隔离。

如图3、图5所示，所述FPGA控制线上串联电磁兼容滤波器，用于控制信号的隔离。

如图6所示，所述4路乘法-移位模块输出端分别和所述饱和加模块的输入端相连，所述饱和加模块的输出端和所述Swerling模型模块输入端相连；受不同幅度控制的所述4路乘法-移位器输出所述信号至所述饱和加模块后，所述Swerling模型模块接收所述信号，以接收所述信号幅度为最大值，采用蒙特卡洛模拟方法和傅里叶变换产生信号幅度分布符合Swerling模型的的随机信号，从该随机信号中随机抽取一个来生成雷达散射截面积RCS。

需要说明的是本发明实施例中的任一种数值和阈值都是可以根据实际需要进行任意设定，本发明对此不做具体限定。

工作原理：一种UHF频段雷达目标回波模拟器，包括目标距离模拟、回波幅度模拟、回波幅度起伏模拟、目标速度模拟、雷达散射截面积RCS模拟。雷达回波对于发射脉冲的时延决定了模拟的目标相对于雷达本身的相对距离，即目标距离采用时延来模拟；回波幅度采用数控衰减器和放大器实现幅度调整；回波幅度起伏模拟最常用的是SwerlingⅠ～Ⅳ型的4种模型，本UHF频段雷达目标回波模拟器回波幅度起伏模拟以接收所述信号幅度为最大值，采用蒙特卡洛模拟方法和傅里叶变换产生信号幅度分布符合Swerling模型的的随机信号，从该随机信号中随机抽取一个来生成雷达散射截面积RCS；目标速度和多普勒频率成正比，采用多普勒频率来推算模拟目标速度；为模拟全相参体制雷达，采用距离速度相关即距速相关模块产生目标回波。

工作过程如下：采用接收天线或馈线注入方式，接收来自雷达系统的信号，在微波接收模块通过滤波、放大、衰减，实现雷达信号幅度调整。幅度调整后的雷达信号送至高速采集与数字处理模块，高速采集与数字处理模块选用高精度ADC和DAC以及FPGA器件，将ADC前端工作点放在高中频位置，直接满足全工作频段信号工作要求；工作时，按照采样定理，ADC采取1.6GHz时钟频率对接收到的最大0dBm的400MHz-700MHz的UHF信号进行采样，将模拟信号转变为数字信号，在DDC完成数字下变频(DDC),4×抽样模块完成信号抽取，将速率降到375M后送给FPGA，在FPGA内部进行DRFM处理和Swerling调制，完成对信号的存储、重构和时间、频率与幅度的调制，时间调制提供距离不变和距离在一定范围内可变化的目标回波信号，频率调制提供速度不变和速度在一定范围内可变化的目标回波信号；受不同幅度控制的4路乘法-移位器输出信号至饱和加模块后，Swerling模型模块接收该信号，以该信号幅度为最大值，采用蒙特卡洛模拟方法和傅里叶变换产生信号幅度分布符合Swerling模型的的随机信号，从该随机信号中随机抽取一个来生成雷达散射截面积RCS，实现RCS目标模型和SwerlingⅠ～Ⅳ型目标模型模拟。Swerling模型模块的输出信号送至8×插值模块完成插值和数字上变频(DUC),经DAC输出至放大器实现模拟目标回波信号幅度放大；最后模拟目标回波信号至微波发射模块进行滤波、放大、衰减，实现输出模拟目标回波信号幅度调整，实现根据场景参数、模拟目标参数的设置控制回波信号的功率的功能；采用发射天线或馈线注入的方式发射模拟目标回波信号。其中，接口与主控模块，通过响应控制面板或外部计算机的控制指令，切换不同模式，至少可以将4个目标的起点距离、终点距离、运动速度、距速相关状态发送至高速采集与数据处理模块，对高速采集与数据处理模块和对外接口模块进行控制，实现模拟目标参数的配置，具有数字多目标模拟功能；模拟器自带GPS授时设备，通过GPS模块中GPS信号解析输出GPS秒脉冲和GPS时信号，并通过该设备进行时间同步；外部计算机用于软件维护更新、参数设置、人机交互和系统控制，可通过外部计算机设置模拟器参数并读取工作状态的功能。电源单元对输入电源进行变换，满足供电要求；对外接口模块提供雷达信号输入和目标回波信号输出、GPS、外部计算机、网络、供电的接口。

实施例

下面将通过一个具体的例子来对本发明实施例所述的方法进行详细的解释和说明：

本发明要解决的技术问题如下：克服现有技术的不足，提供一种雷达目标回波模拟器，能够提供距离、速度变化的雷达目标回波信号；能够模拟RCS目标模型和Swerling目标模型。UHF频段雷达目标回波模拟器具有通过接收天线空间接收或馈线注入的方式接收雷达发射信号，并对信号进行处理后通过发射天线空间辐射或馈线注入的方式实现对目标回波信号的模拟，其中空间辐射的方式于雷达系统没有硬件交互，馈线注入方式仅采用射频输入输出端与雷达系统射频相连。

(1)对此，本发明实施例提供了一种UHF频段雷达目标回波模拟器，包括：微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、接收天线、发射天线、外部计算机、电源单元、对外接口模块；

接收雷达发射信号的方式，可采用接收天线空间接收的方式或馈线注入方式；发射模拟目标回波信号的方式，可采用发射天线空间辐射或馈线注入的方式；

微波接收模块输入端和所述接收天线输出端相连，微波接收模块输出端和高速采集与数据处理模块输入端相连，高速采集与数据处理模块输出端1和放大器输入端相连；放大器输出端和微波发射模块输入端相连，微波发射模块输出端和发射天线输入端相连；GPS模块输出端和接口与主控模块输入端相连；接口与主控模块输入/输出端1和高速采集与数据处理模块输入/输出端相连；接口与主控模块输入/输出端2和对外接口模块输入/输出端1相连；对外接口模块输入/输出端2和外部计算机相连；电源单元和微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、外部计算机、对外接口模块相连；

微波接收模块通过滤波、放大、衰减，实现输入信号幅度调整；高速采集与数据处理模块用于雷达模拟目标和回波的产生；放大器实现信号幅度放大；接口与主控模块包括控制面板、显示器、嵌入式计算机，通过控制面板发出控制指令，显示器显示操作过程，嵌入式计算机切换不同模式，并将控制面板设置的参数通过串口发送给高速采集与数据处理模块和对外接口模块，对高速采集与数据处理模块和对外接口模块进行控制，用于实现目标参数的配置；GPS模块包括GPS天线、接收器，通过GPS信号解析输出GPS秒脉冲和GPS时信号，用于授时同步，GPS天线采用宽带天线，接收器采用GNSSRTK模块ZED-F9P；微波发射模块通过滤波、放大、衰减，实现输出信号幅度调整；接收天线采用波导喇叭天线，用于接收雷达信号；发射天线采用波导喇叭天线，用于发射模拟雷达信号；外部计算机用于软件维护更新、参数设置、人机交互和系统控制；电源单元用于供电，采用LTC4368芯片；对外接口模块提供雷达信号输入和目标回波信号输出、GPS、外部计算机、供电的接口。

(2)所述微波接收模块包括衰减25dB的固定衰减器，输入信号的谐波、带外杂散抑制大于50dB的710MHz低通滤波器1，衰减动态45dB的数控衰减器1，放大25dB的功放1，衰减动态31.75dB数控衰减器2，放大25dB的功放2，衰减动态31.75dB数控衰减器3，放大25dB的功放3，带外杂散抑制大于55dB的前端带通滤波器1；所述固定衰减器输出端和所述低通滤波器1输入端相连，所述低通滤波器1输出端和所述数控衰减器1输入端相连，所述数控衰减器1输出端和所述功放1输入端相连，所述功放1输出端和所述数控衰减器2输入端相连，所述数控衰减器2输出端和所述功放2输入端相连，所述功放2输出端和所述数控衰减器3输入端相连，所述数控衰减器3输出端和所述功放3输入端相连，所述功放3输出端和所述前端带通滤波器1输入端相连；1级数控衰减器1采用1个HMC629，数控衰减器2、3采用HMC1119，功放1、2、3采用BGA2867。

(3)高速采集与数据处理模块包括ADC、高速DAC、FPGA、550MHz时钟NCO1、550MHz时钟NCO2、数字下变频DDC、数字上变频DUC、4×抽样模块、8×插值模块；ADC输出端和数字下变频DDC输入端1相连，数字下变频DDC输入端2和时钟NCO1输出端相连，数字下变频DDC输出端和4×抽样模块输入端相连，4×抽样模块输出端和FPGA输入端相连，FPGA输出端和8×插值模块输入端相连，8×插值模块输出端和数字上变频DUC输入端1相连，数字上变频DUC输出端和高速DAC相连，数字上变频DUC输入端2和时钟NCO2输出端相连；ADC采取1.6GHz时钟频率对接收到的最大0dBm的400MHz-700MHz的UHF信号进行采样，数字下变频DDC后进行4×抽样模块输出到FPGA；FPGA进行距离、速度、多普勒频率模拟、Swerling模型计算，经8×插值模块、数字上变频DUC至高速DAC，高速DAC采用3.2GHz时钟频率采样，输出最大-3dBm的400MHz-700MHz的UHF模拟雷达信号；ADC采用AD9689，DAC采用AD9173，FPGA采用KU115EG；时钟NCO1、NCO2采用HMC7044，实现1Hz的频率精确控制。

(4)接口与主控模块将4个目标的起点距离、终点距离、运动速度、距速相关状态发送至高速采集与数据处理模块，将高速采集与数据处理模块更新的距离按100ms的时间间隔通过串口发送给嵌入式计算机并显示，或通过对外接口模块发送给外部计算机进行显示；接口与主控模块和GPS模块通信，获取GPS定位信息并取得时间同步；接口与主控模块通过高速采集与数据处理模块控制输入的信号衰减及信号的输出增益。

(5)微波发射模块包括衰减动态45dB的数控衰减器4、衰减动态45dB的数控衰减器5、输入信号的谐波、带外杂散抑制大于50dB的710MHz低通滤波器2、放大6dB的功放4、衰减动态31.75dB的数控衰减器6、放大15dB的功放5、放大36dB的功放6、带外杂散抑制大于55dB的前端带通滤波器2；所述数控衰减器4输出端和所述数控衰减器5输入端相连，所述数控衰减器5输出端和所述低通滤波器2输入端相连，所述低通滤波器2输出端和所述功放4输入端相连，所述功放4输出端和所述数控衰减器6输入端相连，所述数控衰减器6输出端和所述功放5输入端相连，所述功放5输出端和所述功放6输入端相连，所述功放6输出端和所述前端带通滤波器2输入端相连。数控衰减器4、5采用HMC629，数控衰减器6采用HMC1119；功放4采用AG303-63，功放5采用SBB-4089，功放6采用ZD1012。

(6)对外接口模块包括2个N型连接器、1个SMA信号接口、1个JY27466T15E35PN插头、1个千兆RJ45网络接口、1个供电接口；2个N型连接器，1个用于被测雷达信号输入，另1个用于目标回波信号输出；SMA信号接口，用于GPS天线；JY27466T15E35PN插头，用于连接GPS授时同步设备，完成时统信号的接入；千兆RJ45网络接口，用于外部计算机对目标模拟器参数进行设置和状态读取；供电接口，用于外置供电。

(7)FPGA包括串口数据解包模块、串口数据发送模块、距速相关模块、多普勒频率计算模块、DRFM模块、Swerling模型模块；串口数据解包模块输出端1和距速相关模块输入端相连，串口数据解包模块输出端2和Swerling模型模块输入端1相连，距速相关模块输出端1和DRFM模块输入端1相连，距速相关模块输出端2和多普勒频率计算模块输入端1相连，距速相关模块输出端3和串口数据发送模块输入端相连，多普勒频率计算模块输出端和DRFM模块输入端2相连，DRFM模块输出端和Swerling模型模块输入端2相连；串口数据解包模块接收到串口命令后，将起点、终点、速度命令输出到距速相关模块，采用接收的回波信号相对于发射信号的延迟时间来获得模拟目标的实时距离信息，所述距速相关模块将4个目标的实时距离输出到DRFM模块，DRFM采用信号写入与读出之间的采样点数的时间来获得模拟延迟时间，延迟时间不变用于模拟距离不变的目标回波信号，延迟时间改变用于模拟距离变化的目标回波信号；距速相关模块将4个目标的速度输出到多普勒频率计算模块，再输出到DRFM模块，多普勒频率不变用于模拟速度不变的目标回波信号，多普勒频率改变用于模拟速度变化的目标回波信号；串口数据解包模块接收接口与主控模块控制下达的Swerling模型选择命令；DRFM模块输出信号到Swerling模型模块，距速相关模块输出信号到串口数据发送模块；DRFM模块、多普勒频率计算模块接收高速采集与数据处理模块中4×抽样模块输出信号，Swerling模型模块输出信号至高速采集与数据处理模块中的8×插值模块；

(8)微波接收模块有盖板，用于空间的隔离。微波发射模块有盖板，用于空间的隔离。电源单元采用PI型滤波和穿心电容馈电，用于电源隔离。FPGA控制线上串联电磁兼容滤波器，用于控制信号的隔离。

(9)所述4路乘法-移位模块输出端分别和所述饱和加模块的输入端相连，所述饱和加模块的输出端和所述Swerling模型模块输入端相连；受不同幅度控制的所述4路乘法-移位器输出所述信号至所述饱和加模块后，所述Swerling模型模块接收所述信号，以接收所述信号幅度为最大值，采用蒙特卡洛模拟方法和傅里叶变换产生信号幅度分布符合Swerling模型的的随机信号，从该随机信号中随机抽取一个来生成雷达散射截面积RCS。

实现的技术指标：

a)工作频率：400MHz～700MHz；

b)瞬时最大带宽：≥300MHz；

c)适应对象

1)常规脉冲雷达、连续波雷达、脉冲多普勒雷达、捷变频雷达、频率分集雷达和瞬时宽带雷达。；

2)适应信号类型：常规脉冲、步进频、线性调频、非线性调频、频率编码和相位编码信号、瞬时宽带信号。；

3)适应10ns～1ms脉冲宽度；

4)适应100ns～10ms重频周期信号。

d)接收信号功率范围：-20dBm～40dBm；

e)发射信号

1)输出功率范围：-90dBm～30dBm；

2)带内幅度波动：≤3dB；

3)带内杂散：≤-55dBc；

f)目标模拟能力

1)目标模拟个数：≥4个；

2)距离模拟范围：500m～500km；

3)距离模拟步进：≤1m；

4)速度模拟范围：-2000～+2000m/s；

5)速度模拟步进：≤1m/s；

6)加速度模拟范围：-200～+200m/s2；

7)加速度模拟步进：≤1m/s2；

g)每个目标的模拟参数可以独立设置(如RCS：0.01m2，距离步进：1m，速度步进：1m/s，加速度：1m/s2)；

h)可模拟RCS的目标模型、SwerlingⅠ～Ⅳ型目标模型。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，包括：微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、接收天线、发射天线、外部计算机、电源单元和对外接口模块；

所述微波接收模块输入端和所述接收天线输出端相连，微波接收模块输出端和所述高速采集与数据处理模块输入端相连，所述高速采集与数据处理模块输出端1和所述放大器输入端相连；所述放大器输出端和所述微波发射模块输入端相连，所述微波发射模块输出端和发射天线输入端相连；所述GPS模块输出端和接口与主控模块输入端相连；所述接口与主控模块输入/输出端1和高速采集与数据处理模块输入/输出端相连；所述接口与主控模块输入/输出端2和所述对外接口模块输入/输出端1相连；所述对外接口模块输入/输出端2和所述外部计算机相连；所述电源单元和微波接收模块、高速采集与数据处理模块、放大器、接口与主控模块、GPS模块、微波发射模块、外部计算机、对外接口模块相连；

所述接口与主控模块包括控制面板、显示器、嵌入式计算机；所述GPS模块包括GPS天线、接收器；所述接收天线采用波导喇叭天线；所述发射天线采用波导喇叭天线。

2.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述微波接收模块包括固定衰减器、低通滤波器1、数控衰减器1、功放1、数控衰减器2、功放2、数控衰减器3、功放3、前端带通滤波器1；所述固定衰减器输出端和所述低通滤波器1输入端相连，所述低通滤波器1输出端和所述数控衰减器1输入端相连，所述数控衰减器1输出端和所述功放1输入端相连，所述功放1输出端和所述数控衰减器2输入端相连，所述数控衰减器2输出端和所述功放2输入端相连，所述功放2输出端和所述数控衰减器3输入端相连，所述数控衰减器3输出端和所述功放3输入端相连，所述功放3输出端和所述前端带通滤波器1输入端相连。

3.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述高速采集与数据处理模块包括ADC、高速DAC、FPGA、时钟NCO1、时钟NCO2、数字下变频DDC、数字上变频DUC、4×抽样模块、8×插值模块；所述ADC输出端和数字下变频DDC输入端1相连，所述数字下变频DDC输入端2和时钟NCO1输出端相连，所述数字下变频DDC输出端和4×抽样模块输入端相连，所述4×抽样模块输出端和FPGA输入端相连，所述FPGA输出端和8×插值模块输入端相连，所述8×插值模块输出端和数字上变频DUC输入端1相连，所述数字上变频DUC输出端和高速DAC相连，所述数字上变频DUC输入端2和时钟NCO2输出端相连；所述ADC采取1.6GHz时钟频率对输入的UHF信号进行采样，数字下变频DDC后进行4×抽样模块输出到FPGA；所述FPGA进行距离、速度、多普勒频率模拟、Swerling模型计算，经8×插值模块、数字上变频DUC、高速DAC转换输出模拟雷达信号。

4.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述接口与主控模块将目标的起点距离、终点距离、运动速度、距速相关状态发送至高速采集与数据处理模块，将所述高速采集与数据处理模块更新的距离通过对外接口模块发送给外部计算机进行显示；所述接口与主控模块和所述GPS模块通信，获取GPS定位信息并取得时间同步；所述接口与主控模块通过所述高速采集与数据处理模块控制输入的信号衰减及信号的输出增益。

5.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述微波发射模块包括数控衰减器4、数控衰减器5、低通滤波器2、功放4、数控衰减器6、功放5、功放6、前端带通滤波器2；所述数控衰减器4输出端和所述数控衰减器5输入端相连，所述数控衰减器5输出端和所述低通滤波器2输入端相连，所述低通滤波器2输出端和所述功放4输入端相连，所述功放4输出端和所述数控衰减器6输入端相连，所述数控衰减器6输出端和所述功放5输入端相连，所述功放5输出端和所述功放6输入端相连，所述功放6输出端和所述前端带通滤波器2输入端相连。

6.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述对外接口模块包括2个N型连接器、1个SMA信号接口、1个JY27466T15E35PN插头、1个千兆RJ45网络接口、1个供电接口；所述2个N型连接器，分别用于被测雷达信号输入和目标回波信号输出；所述SMA信号接口，用于GPS天线；所述JY27466T15E35PN插头，用于连接GPS授时同步设备，完成时统信号的接入；所述千兆RJ45网络接口，用于外部计算机对目标模拟器参数进行设置和状态读取；所述供电接口，用于外置供电。

7.根据权利要求3所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述FPGA包括串口数据解包模块、串口数据发送模块、距速相关模块、多普勒频率计算模块、DRFM模块、Swerling模型模块；所述串口数据解包模块输出端1和距速相关模块输入端相连，所述串口数据解包模块输出端2和Swerling模型模块输入端1相连；所述距速相关模块输出端1和DRFM模块输入端1相连，所述距速相关模块输出端2和多普勒频率计算模块输入端1相连，所述距速相关模块输出端3和串口数据发送模块输入端相连，所述多普勒频率计算模块输出端和DRFM模块输入端2相连，所述DRFM模块输出端和Swerling模型模块输入端2相连；所述串口数据解包模块接收到串口命令后，将起点、终点、速度命令输出到所述距速相关模块，采用接收的回波信号相对于发射信号的延迟时间来获得模拟目标的实时距离信息，所述距速相关模块将目标的实时距离输出到DRFM模块，DRFM采用信号写入与读出之间的采样点数的时间来获得模拟延迟时间，用于模拟距离变化的目标回波信号；所述距速相关模块将目标的速度输出到多普勒频率计算模块，再输出到DRFM模块，用于模拟速度变化的目标回波信号；所述串口数据解包模块接收所述接口与主控模块控制下达的Swerling模型选择命令；所述DRFM模块输出信号到Swerling模型模块；所述距速相关模块输出信号到串口数据发送模块。

8.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述微波接收模块和微波发射模块均设置有盖板，用于空间的隔离。

9.根据权利要求1或3所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述电源单元采用PI型滤波和穿心电容馈电，用于电源隔离；所述FPGA控制线上串联电磁兼容滤波器，用于控制信号的隔离。

10.根据权利要求1所述的一种UHF频段雷达目标回波模拟器，其特征在于，所述Swerling模型模块输入端连接有饱和加模块的输出端，饱和加模块的输入端连接有4路乘法-移位模块输出端；受不同幅度控制的所述4路乘法-移位器输出所述信号至所述饱和加模块后，所述Swerling模型模块接收所述信号，以接收所述信号幅度为最大值，采用蒙特卡洛模拟方法和傅里叶变换产生信号幅度分布符合Swerling模型的的随机信号，从该随机信号中随机抽取一个来生成雷达散射截面积RCS。

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