CN116743275B - 一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车载高机动雷达信号综合模拟装置，包含工作方舱、雷达信号模拟器、载车底盘，工作方舱搭载在载车底盘上；工作方舱分为天线舱和工作舱两部分，雷达天线、伺服系统、升降机构置于天线舱内，雷达主控单元、操作席位、电源模块、通讯设备置于工作舱；雷达信号模拟器包含发射机单元、伺服转台、天线单元、信号产生器、主控单元、加电控制模块、通信设备、无线通信设备、升降机构；天线单元采用发射组件分布式一维相控阵形式，扫描方式分为自主式扫描和被动跟踪扫描两种方式。本发明运用装备综合集成技术将雷达信号产生和操作组合于同一载车，由主控计算机对雷达信号的样式、发射功率、战术应用手段进行管理，达到完全模拟逼真的效果。

Description

一种车载高机动雷达信号综合模拟装置

技术领域

本发明公开了一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，涉及电子工程技术领域。

背景技术

雷达信号模拟是雷达信号的综合仿真系统，用于有针对性地模仿某些雷达的信号特点、扫描方式、方式功率和战术运用等战术技术指标，可对无线侦测设备进行验证，亦可在战场运用模拟雷达工作状态，用以掩护真实雷达检测目标。现有雷达信号模拟设备在实际使用中因模拟信号不完全性和辐射功率低、机动性能差等局限，使其运用场景受到一定的限制，对雷达设备的验证、人员训练和构建战场真实电磁环境有一定的困难。为解决以上问题而研制的车载雷达信号综合模拟装置较好地克服了现有雷达信号模拟设备的缺陷，为用户提供方便、实用的现代化电子对抗装备。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，运用装备综合集成技术将各种雷达信号产生和操作组合于同一载车，由主控计算机对各种雷达信号的样式、发射功率、战术应用手段进行管理和实时修订，达到完全模拟逼真的效果。

为实现上述的目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，包含工作方舱、雷达信号模拟器、载车底盘，所述工作方舱搭载在载车底盘上；

所述工作方舱分为天线舱和工作舱两部分，雷达天线、伺服系统、升降机构置于天线舱内，雷达主控单元、操作席位、电源模块、通讯设备置于工作舱；

所述雷达信号模拟器包含发射机单元、伺服转台、天线单元、信号产生器、主控单元、加电控制模块、通信设备、无线通信设备、升降机构；伺服转台、升降机构、主控单元、油机电站通信设备、无线通信设备均单独集成于所述工作方舱内；

所述天线单元采用发射组件分布式一维相控阵形式，天线单元扫描方式分为自主式扫描和被动跟踪扫描两种方式，所述自主式扫描为雷达信号模拟器按照自主方式工作扫描；所述被动跟踪扫描为试验设备联试状态，雷达信号模拟器接收解算试验载机平台回传的位置数据设定波束扫描波位，使主波束始终对准目标；

在所述雷达信号模拟器中，数字信号产生单元DWG生成的雷达基带信号经中频滤波、放大后，再经射频混频、滤波放大，之后经激励信号放大，再经功率分配单元得到行移相控制及行功率控制，之后经行馈功放、分配网络、辐射单元，最终在天线单元发射。

进一步的，所述天线舱内安装有一套升降机构、一套雷达天线阵面、一套一维伺服转台和油箱；所述升降机构由升降组件、转台、俯仰机构三部分构成，用于完成天线的架高、方位角度调节以及俯仰预置角度调节功能。

进一步的，所述发射机单元为分布式固态发射系统，由激励功放、行分配网络、行数字移相器、行输出功率放大器、馈电网络组成，由波形产生器送来的射频激励信号在波束控制模块的移相器中根据波束扫描要求进行移相，移相后的微波信号经微波驱动模块放大后，由隔离器隔离保护送微波功放放大到所需的微波发射功率输出到对应辐射单元向空中辐射。

进一步的，所述波束控制模块包括：输入模块、电源模块、运算控制模块、输出模块，所述波束控制模块根据扫描空间对每一行馈电输入信号进行实时移相，使行波束在空间合成的主波束形成指向偏移，通过输出模块输出完成空间波束扫描覆盖；波束控制模块还根据需要关闭或打开相应的行信号。

进一步的，由数字信号产生单元DWG产生的雷达基带信号包括常规脉冲、线性调频、非线性调频、相位编码脉冲以及脉冲的重复频率，经与第二本振信号混频后经过滤波、放大形成中频雷达信号，再与第一本振信号混频上转频至辐射频率，经滤波放大后成为射频激励信号送天线单元放大输出；所述天线单元将大功率射频信号根据波控驱动向空间不同方向辐射。

进一步的，所述信号产生器由雷达数字波形库、数字中频电路、上变频电路组成所述雷达数字波形库采用DSP+FPGA架构。

进一步的，所述数字中频电路中设有频率源，所述频率源是基带信号从基本信号升级为中频信号、射频信号的基本信号源，其根据需要设计不同频段的信号，频率源采用全相参直接合成和锁相方式生成，以超低相噪的100MHz抗振晶振作为基准，结合分频、倍频、混频滤波，产生所需的时钟和本振信号。

本发明实施例提供的高机动雷达信号综合模拟车相较于现有产品主要有两大优势：一是综合性，二是机动性。

综合性在于该装置可以模拟所有基本雷达的信号特点、发射功率、战术手段等，可全面验证雷达设施的战术技术性能，亦可用于对执行雷达任务的人员进行雷达对抗能力的训练。在特定条件下，本装置可以执行对战场的雷达模拟、伪装任务。

机动性特点是指装置集成于一部越野车载方舱内，采用相控阵雷达体制，可模拟多种程式的雷达信号和战术运用，其本身具备自备电源、自主有线、无线通信手段，可远程控制，少人、无人值守，能在任何条件下迅速展开，依据上级要求，执行各种战场任务。车载雷达信号综合模拟装置能够有效地为雷达和雷达对抗设备提供包括雷达信号的电磁无线信号环境，在一定程度上真实的模拟出战场的电磁环境。设备具有人机交互界面，操作简单。设备留有多种通信接口，可方便地与其它雷达或雷达信号模拟器进行组网，具有较为广泛的运用价值。

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它的附图。

图1为雷达信号产生器组成示意图；

图2为高机动雷达信号综合模拟车组成工作方舱平面布局示意图；

图3为功率分配网络示意图；

图4为高机动雷达信号综合模拟车外部结构示意图；

图5为高机动雷达信号综合模拟车工作舱内部示意图；

图6为雷达信号产生器组成示意图；

图7为雷达信号源软件架构图；

图8为单路发射组件构成示意图；

图9为波束控制模块组成框图；

图10为微带天线模型图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的叙述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，基于本发明中，本领域中普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例

图1为本发明实施例中提供的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，包含工作方舱、雷达信号模拟器、载车底盘，所述工作方舱搭载在载车底盘上；

所述工作方舱分为天线舱和工作舱两部分，雷达天线、伺服系统、升降机构置于天线舱内，雷达主控单元、操作席位、电源模块、通讯设备置于工作舱；

所述雷达信号模拟器包含发射机单元、伺服转台、天线单元、信号产生器、主控单元、加电控制模块、通信设备、无线通信设备、升降机构；伺服转台、升降机构、主控单元、油机电站通信设备、无线通信设备均单独集成于所述工作方舱内；

所述天线单元采用发射组件分布式一维相控阵形式，天线单元扫描方式分为自主式扫描和被动跟踪扫描两种方式，所述自主式扫描为雷达信号模拟器按照自主方式工作扫描；所述被动跟踪扫描为试验设备联试状态，雷达信号模拟器接收解算试验载机平台回传的位置数据设定波束扫描波位，使主波束始终对准目标；

在所述雷达信号模拟器中，数字信号产生单元DWG生成的雷达基带信号经中频滤波、放大后，再经射频混频、滤波放大，之后经激励信号放大，再经功率分配单元得到行移相控制及行功率控制，之后经行馈功放、分配网络、辐射单元，最终在天线单元发射。

信号模拟的工作模块组成如图1所示。模拟不同波段内的目标指示雷达；如AN/FPS117、“长白”、“爱国者”AN/MPQ-53/65雷达的搜索和跟踪工作模式以及C-300等。这类雷达均为有源相控阵雷达，以二维相控阵制式为主，改进型雷达多为一维机扫+二维相控阵扫描。工作频段分别为L、S、C、X，作战覆盖范围大。本发明的雷达信号模拟器采用仰角相控阵扫描，方位360°机械扫描方式，为装备试验、训练的作战效能提供雷达模拟电磁环境。

雷达信号模拟器由发射机、伺服、天线、信号产生器、主控系统、加电控制组合、通信设备、载车（含方舱、电站）、无线通信设备等组成。雷达信号模拟单元、伺服系统、升降机构、主控系统、油机电站、通信设备等均单独集成于1辆方舱载车内。

工作方舱平面结构布局图如图2所示。

雷达信号模拟器外部结构如图4所示。

雷达信号模拟单元是一个信号开环系统，即只有发射信号，无接收回波信号，因此，天线单元采用发射组件分布式一维相控阵形式，方位机扫+仰角电扫。系统扫描方式分为两种：自主式扫描，即雷达信号模拟器按照自主方式工作扫描，方位360°，俯仰±45°，每个波位驻留时间按照模拟对象雷达扫描特性设置，该扫描方式近似为被模拟雷达的搜索工作模式；被动跟踪扫描为试验设备联试状态，雷达信号模拟器接收解算试验载机平台回传的位置数据设定波束扫描波位，使主波束始终对准目标，该方式近似为被模拟雷达的跟踪工作模式。两种工作模式的辐射脉冲数根据被模拟雷达的工作特性确定。

载车选用陕汽SX2110A底盘，方舱采用标准4米方舱，安装于载车底盘上，方舱分为天线舱和工作舱两部分，雷达天线、伺服系统、举升机构等置于天线舱内，雷达主控单元、操作席位、电源模块、通讯设备等置于工作舱。油机置于载车独立的油机舱内。

DWG（数字信号产生）→中频滤波、放大→射频混频、滤波放大→激励信号放大→功率分配单元→行移相控制及行功率控制→行馈功放→分配网络→辐射单元。

由DWG数字信号产生器产生的雷达基带信号，包括常规脉冲、线性调频、非线性调频、相位编码脉冲（二相码、四相码等）以及脉冲的重复频率等，经与第二本振信号混频后经过滤波、放大形成中频雷达信号，在与第一本振信号混频上转频至辐射频率，经滤波放大后成为射频激励信号送TR组件放大输出。相控阵天线辐射单元将大功率射频信号根据波控驱动向空间不同方向辐射。

DWG数字信号产生器雷达信号产生器由雷达数字波形库、数字中频电路、上变频电路等组成。如图6所示。雷达数字波形产生（也称为雷达信号源）的一般采用DSP+FPGA架构。本发明采用的XCZU6CG的MPSOC内部集成的CPU性能如图6所示。XCZU6CG内部集成的ARM-A53单核主频可达1.5GHz，注意XCZU6CG内部集成两颗A53处理器，及两颗Cortex-R5浮点数协处理器。XCZU6CG内部集成的高性能处理器PS0(含Cortex-R5浮点数协处理器)及PS1(含Cortex-R5浮点数协处理器)。实现雷达信号基带处理算法的处理。

雷达信号源中频板采用了射频采样方案，在AD9172采样率12.6Gsps的情况下，依据奈奎斯特定律及前期我们预研的测试结果，在无杂散动态范围控制在-60dBc的情况下，雷达信号源中频板频率输出在400-3400MHz较为合适。

雷达信号源由软件控制产生用户所需的波形、重频等参数。软件架构如图7所示。

频率综合器计频率源是基带信号从基本信号升级为中频信号、射频信号的基本信号源，其具备产生的信号频率准确、快捷，可步进扫频亦可瞬时捷变，是现代雷达的关键部件。本发明的频率源可根据需要设计不同频段的信号，根据波形产生器的变频带宽需要频综提供一个第一本振来完成模拟雷达工作频率的覆盖；同时，还要为波形产生器提供一个高稳定10MHz基准时钟。现代频率合成器的具体实现方法十分丰富。可分为直接频率合成和间接合成，直接合成的优点是跳频速度快、相位噪声低。间接合成的优点是电路简洁但跳频速度比直接合成要慢。

为满足系统需要，本项目频率源主要采用全相参直接合成和锁相方式生成，以超低相噪的100MHz抗振晶振作为基准，结合分频、倍频、混频滤波等，产生所需的时钟和本振信号。

基准时钟10MHz由100MHz时钟信号10分频产生，10MHz时钟的相位噪声取决于分频器，生成的基准时钟经滤波和放大功分后输出。

内布局充分考虑设备的功能实现及设备相互间的兼容性，操作维修方便，符合人机关系，保证设备安全、可靠、正常工作。另外还要考虑设备布局应使整舱的载荷分布均匀。

整舱由隔板分为2个部分：工作舱、天线舱。其舱内布局如图2.

工作舱主要是安装系统设备和保障人员工作的场所。设备舱内顶部设置有8盏直流照明灯，工作舱前侧舱壁安装两个显控席位和两个电子设备机柜，机柜为标准19英寸，内部装有综合处理分机、通信设备和电源等，机柜后方设有转接板与天线舱相连。配备2个可折叠沙发椅。

工作舱一侧舱壁设置有空调控制器、照明控制开关、1扇舱门、4个220V/50Hz五芯插座和1个通风窗。舱门通过尺寸：宽×高=700mm×1700mm，舱门上安装有2个1kg灭火器、1套土木工具和1个扶手。工作舱后部安装有1套折叠沙发和1套电源、信号转接板。信号转接板配置4个RJ11电话接口和YW122F01插座、4个RJ45网络接口和YW122F01插座、2个RJ45调度接口和YW122F01插座、4个BNC-3视频接口和JBNC-75KKF插座、4个光端接口、2对型号为L9的连接线和型号为JBNC-75KKF插座、1个接地桩接口。工作舱内部如图5所示。

天线舱内主要安装有1套雷达升降机构、1套雷达天线阵面、1套一维伺服转台和1套油箱等。天线舱右侧设置1扇舱门。

考虑到方舱工作环境比较恶劣，风沙较大。雷达测控天线升出舱外工作时，风沙或雨水会进入天线舱内，为此在天线舱底部设计四个排沙排水孔。天线舱上方舱顶设置天窗。天窗上方安装方形手动舱盖。舱盖上设置压力撑杆和锁紧装置，需打开舱盖时，只需打开锁紧装置，压力撑杆将自动将舱盖弹起，工作人员即可手动掀开舱盖。当需要关闭舱盖时，工作人员只需将舱盖合上并锁紧锁紧装置即可。手动舱盖与天线舱顶部闭合处四周设置防风沙密封条，保证在恶劣环境下正常工作。天线举升平台由升降机构、转台、俯仰机构等三部分，完成天线的架高、方位角度调节以及俯仰预置角度调节等功能。升降机构采用梯形丝杆驱动，升降过程平稳、可靠，具有任意位置自锁功能。采用了方形截面的杆体，导向性好，杆体的抗弯和抗扭性能好，且每节杆体实现联动机构，升降时间短。升降时设有精密定位机构，消除了杆间的间隙，可保证到位时杆体的摆动量和扭转量最小。每节杆间都采用密封橡胶密封，升降杆的防水、防砂、防冰性能好，且每节杆体内外都有涂覆层保护，外表面有油漆层保护，保证了在野外长期工作的三防性能。

转台采用一维电动转台，由转盘、底座、回转机构等组成。旋转轴系采用多道工艺精密加工而成，配合精度高，承载大，可以承载120公斤，使用寿命长；采用精密配置的蜗轮蜗杆结构，转动稳定，可以任意正反向旋转且空回小；设计精巧的消空回结构，可调整长期使用造成的空回间隙；结构设计保证了旋转台面极低的端跳和偏心，使转动更加平稳。转台的中心通孔与旋转中心有严格的同轴度要求，旋台的中心孔径有严格的配合公差限制，方便精密定位。

雷达信号模拟器发射机单元为分布式固态发射系统，由激励功放、行分配网络、行数字移相器、行输出功率放大器、馈电网络等组成。单路发射组件的构成如图8所示。

由波形产生器送来的射频激励信号在在波束控制模块的移相器中根据波束扫描要求进行移相，移相后的微波信号经微波驱动模块放大后，由隔离器隔离保护送微波功放放大到所需的微波发射功率输出到对应辐射单元向空中辐射。

波束控制模块根据扫描空间要求对每一行馈的输入信号进行实时移相，使行波束在空间合成的主波束形成指向偏移，完成空间波束扫描覆盖。波束控制功能单元主要包括：输入模块、电源模块、运算控制模块、输出模块。波束控制模块还可根据需要关闭或打开相应的行信号。组成如图9所示。

相控阵天线的辐射面，采用微带印刷天线。图10为带状线振子天线模型图，辐射部分是带状线振子，由一分三十二带状线功分器等幅馈入振子天线。

功率分配网络采用微带印刷电路，采用威尔金森多级功分器进行阻抗变化来改变线宽让加工设计更简易。如图3所示，经过4层网络分配，末端与天线偶极子相连。

本发明提供的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 为集成远动无线雷达模拟设备。一般情况下，越野车载设备到达指定地点后，启动自动调平装置，设备载车自动达到平衡状态。接上自备电站电源线（可固定连接），启动设备供电。车顶雷达天线处于45度上仰状态，可对90度垂直空间波束全覆盖。接通车厢内供电电源，设备处于待机状态，本地操作时，可逐一选通设定雷达信号，包括信号类别（包括常规脉冲、线性调频、非线性调频、相位编码等）、工作频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、输出功率等，然后开启发射开关，设备即按设定参数进行工作。不需设定参数时，设备按缺损状态参数工作（预装订参数）。远动遥控操作时，远程控制中心的操作与本地控制相同。

Claims (7)

1.一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，包含工作方舱、雷达信号模拟器、载车底盘，所述工作方舱搭载在载车底盘上；

所述工作方舱分为天线舱和工作舱两部分，雷达天线、伺服系统、升降机构置于天线舱内，雷达主控单元、操作席位、电源模块、通讯设备置于工作舱；

所述雷达信号模拟器包含发射机单元、伺服转台、天线单元、数字信号产生单元 DWG、主控单元、加电控制模块、加电控制模块有线通信设备、加电控制模块无线通信设备、升降机构；伺服转台、升降机构、主控单元、油机电站有线通信设备以及油机电站无线通信设备均单独集成于所述工作方舱内；

所述天线单元采用发射组件分布式一维相控阵形式，天线单元扫描方式分为自主式扫描和被动跟踪扫描两种方式，所述自主式扫描为雷达信号模拟器按照自主方式工作扫描；所述被动跟踪扫描为试验设备联试状态，雷达信号模拟器接收解算试验载机平台回传的位置数据设定波束扫描波位，使主波束始终对准目标；

在所述雷达信号模拟器中，数字信号产生单元DWG生成的雷达基带信号经中频滤波、放大后，再经射频混频、滤波放大，之后经激励信号放大，再经功率分配单元发送到各行移相控制及各行功率控制，之后经各行馈电、分配网络、辐射单元，最终在天线单元发射。

2.根据权利要求1所述的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，所述天线舱内安装有一套升降机构、一套雷达天线阵面、一套一维伺服转台和油箱；所述升降机构由升降组件、转台、俯仰机构三部分构成，用于完成天线的架高、方位角度调节以及俯仰预置角度调节功能。

3.根据权利要求1所述的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，所述发射机单元为分布式固态发射系统，由激励功放、行分配网络、行数字移相器、行输出功率放大器、馈电网络组成，由波形产生器送来的射频激励信号在波束控制模块的移相器中根据波束扫描要求进行移相，移相后的微波信号经微波驱动模块放大后，由隔离器隔离保护送微波功放放大到所需的微波发射功率输出到对应辐射单元向空中辐射。

4.根据权利要求3所述的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，所述波束控制模块包括：输入模块、电源模块、运算控制模块以及输出模块，所述波束控制模块根据扫描空间对每一行馈电输入信号进行实时移相，使行波束在空间合成的主波束形成指向偏移，通过输出模块输出完成空间波束扫描覆盖；波束控制模块还根据需要关闭或打开相应的行信号。

5.根据权利要求1所述的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，由数字信号产生单元DWG产生的雷达基带信号包括常规脉冲、线性调频、非线性调频、相位编码脉冲以及脉冲的重复频率，经与第二本振信号混频后经过滤波、放大形成中频雷达信号，再与第一本振信号混频上转频至辐射频率，经滤波放大后成为射频激励信号送天线单元放大输出；所述天线单元将大功率射频信号根据波控驱动向空间不同方向辐射。

6.根据权利要求1所述的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，所述数字信号产生单元 DWG由雷达数字波形库、数字中频电路、上变频电路组成，所述雷达数字波形库采用DSP+FPGA架构。

7.根据权利要求6所述的一种车载高机动雷达信号综合模拟装置 ，其特征在于，所述数字中频电路中设有频率源，所述频率源是基带信号从基本信号升级为中频信号、射频信号的基本信号源，其根据需要设计不同频段的信号，频率源采用全相参直接合成和锁相方式生成，以超低相噪的100MHz抗振晶振作为基准，结合分频、倍频、混频滤波，产生所需的时钟和本振信号。