CN117177280A - 基于数字调制的体目标三元组模拟系统 - Google Patents

Abstract

一种基于数字调制的体目标三元组模拟系统，能够在单个物理目标通道内可以实现多个散射点的模拟。本发明采用数字多目标调制的方式，在单个物理目标通道内可以实现多个散射点的模拟。本发明实现建设高精度的三元组系统的目标，并且通过将各散射点回波，在数字域进行叠加的调制方式，实现体目标各散射点的角度分布模拟。

Description

基于数字调制的体目标三元组模拟系统

技术领域

本发明涉及馈电模拟技术领域，具体涉及一种基于数字调制的体目标三元组模拟系统。

背景技术

在馈电模拟系统中，数字调制可以用于将数字信号转换为模拟信号，以驱动功率放大器或其他模拟电路。通过数字调制，可以实现精确的信号控制和灵活的调制方式，提高系统的性能和可靠性。

传统的馈电模拟系统如图1所示，在每个通道内信号源生成回波波信号,通过功分器分成A、B、C 3路,通过每一路的数控衰减器和数控移相器分别对3路的电磁波信号进行精确的幅度、相位控制（其幅度控制精度约为0.2dB，相位控制精度约为2°）,实现合成目标位置(即辐射中心)在对应的相邻三个喇叭天线(A、B、C)组成的三元组子阵内的精确定位和移动,保证微波目标空间辐射位置的精度,然后将信号输出到开关矩阵单元，由于每一路仅一次移相和衰减，因为仅能完成一个角度目标模拟；部分馈电模拟系统中也应用有多目标调试方式，但是传统的多目标调试方式会受到输出功率、效率、谐波失真、过载能力等因素，影响系统输出信号的稳定和准确率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于数字调制的体目标三元组模拟系统，能够在单个物理目标通道内可以实现多个散射点的模拟。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于数字调制的体目标三元组模拟系统，包括信号生成模块、阵列馈电适配模块和开关矩阵模块；

其中，信号生成模块，根据外部控制参数模拟生成目标回波信号；

阵列馈电适配模块，用于驱动和管理三元组天线，将信号生成模块输出信号进行配置传入开关矩阵模块中，对阵列中每个天线进行独立控制分配和馈电；开关矩阵模块，用于在多个输入和多个输出之间进行选择和连接；

其中，阵列馈电适配模块功能包括：将输入信号分配给每个天线，根据指定的配置，将不同的信号分配到特定的天线；通过调节每个天线的电流和相位，控制天线的辐射特性；实时监测天线阵列的工作状态和性能，通过检测信号的反射损耗和阻抗匹配情况，并提供相关的反馈信息实现；提供与其他系统或设备进行通信的接口。

其中，所述阵列馈电适配模块包括数字多目标调制单元和馈电数字修整单元；其中，数字多目标调制单元根据仿真主控分系统的目标空间位置以及在三元组天线的分配信息，进行各通道散射点回波的产生，以及各信号产生通道内散射点回波信号的叠加，实现空间面目标的模拟；馈电数字修正单元用于对电流、电压的信号进行数字修正和校正，根据每个散射中心的位置计算对应的三元组馈电参数，对每个散射中心的回波信号的幅度、相位、延时进行调整，实现复合目标空域信息的真实模拟。

其中，数字多目标调制单元采用高量化位宽的数字调制方式，。

其中，馈电数字修整单元包括采集模块、数模转换模块、数字校正和修正模块、输出修整信号模块和远程通信模块；通过对输入信号应用逆变换函数或修正算法，补偿和校正天线阵列的非线性特性和幅相响应差异。

其中，所述开关矩阵模块中，开关矩阵由一组开关元件组成，根据输入信号的控制状态，打开或关闭不同的开关，从而将特定的输入信号路由到所选择的输出；用于实现信号选择、数据交换和电路连接功能。

其中，每个开关矩阵都有一组输入端口和一组输出端口，以及相应的控制线路；控制线路接收来自外部或内部的信号，根据信号的状态，决定哪些开关打开或关闭，以将输入信号路由到特定的输出。

其中，三元组天线采用MIMO通讯。

有益效果

1、本发明采用数字多目标调制的方式，在单个物理目标通道内可以实现多个散射点的模拟。

2、本发明实现建设高精度的三元组系统的目标，并且通过将各散射点回波，在数字域进行叠加的调制方式，实现体目标各散射点的角度分布模拟。

3、本发明优选实施方式中，数字多目标调制单元采用高量化位宽的数字调制方式，其相位调制及幅度调制精度高。高量化位宽的数字调制方式基于比特量化的数字调制方式。在高位宽的调制中，采用更多比特位用于描述信号的细微变化，从而提供更高的精度和更好的信号还原质量。

4、本发明优选实施方式中，三元组天线采用MIMO通讯，能够提供更高的数据传输速率和更可靠的无线连接，满足不断增长的通信需求。

附图说明

图1是传统的馈电模拟系统示意图。

图2是本发明基于数字调制的体目标三元组模拟系统示意图。

图3是本发明实施例中得到的幅度误差分析结构示意图。

图4是本发明实施例中得到的相位误差示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

三元组天线是一种由三根天线组成的天线系统。每根天线都相互间隔120度，形成一个三角形布局。三元组天线具有以下优点：

空间多样性：通过在不同的位置放置三个天线，可以实现空间多样性。这种多样性有助于减小信号受到多径效应和干扰的影响，提高通信的可靠性和性能；

波束赋形：三元组天线系统可以利用天线间的相对相位差，实现波束赋形。通过调整相位差，可以实现信号的指向性和定向性辐射，提高信号的传输距离和接收质量；

空间分集：三元组天线系统中的每个天线都可以单独接收独立的信号。这种空间分集的特性使得系统能够更好地处理多路径传播带来的信号干扰和衰落。

本发明中，基于数字调制的体目标三元组模拟系统如图2所示，包括信号生成模块、阵列馈电适配模块和开关矩阵模块。

其中，信号生成模块，根据外部控制参数模拟生成目标回波信号；

阵列馈电适配模块，用于驱动和管理三元组天线，将信号生成模块输出信号进行配置传入开关矩阵模块中，对阵列中每个天线进行独立控制分配和馈电；开关矩阵模块，用于在多个输入和多个输出之间进行选择和连接。

进一步地，阵列馈电适配模块主要功能包括：

A、信号分配：阵列馈电适配模块将输入信号分配给每个天线。它可以根据指定的配置，将不同的信号分配到特定的天线，以实现波束赋形和指向性辐射；

B、馈电控制：模块通过调节每个天线的电流和相位，控制天线的辐射特性。这样可以改变信号的覆盖范围、方向性和增益，以适应不同的通信需求和环境条件；

C、监测和反馈：阵列馈电适配模块通常具备监测功能，可以实时监测天线阵列的工作状态和性能。它可以检测信号的反射损耗、阻抗匹配情况等，并提供相关的反馈信息，以优化天线阵列的工作效果；

D、接口与控制：阵列馈电适配模块一般提供与其他系统或设备进行通信的接口。可以通过串行接口、网络接口等方式，与上位系统进行数据交换和控制命令传输。

阵列馈电适配模块能够实现对天线阵列的动态控制和优化，提高天线阵列的灵活性、性能和效率。

具体实现上，阵列馈电适配模块可以包括数字多目标调制单元和馈电数字修整单元；其中，数字多目标调制单元根据仿真主控分系统的目标空间位置以及在三元组天线的分配信息，进行各通道散射点回波的产生，以及各信号产生通道内散射点回波信号的叠加，实现空间面目标的模拟；馈电数字修正单元用于对电流、电压的信号进行数字修正和校正，根据每个散射中心的位置计算对应的三元组馈电参数，对每个散射中心的回波信号的幅度、相位、延时进行调整，实现复合目标空域信息的真实模拟。

可选地，数字多目标调制单元采用高量化位宽的数字调制方式，其相位调制及幅度调制精度高。高量化位宽的数字调制方式基于比特量化的数字调制方式。在高位宽的调制中，采用更多比特位用于描述信号的细微变化，从而提供更高的精度和更好的信号还原质量。

数字多目标调制单元的调制原理包括以下内容：

将外部模拟回波信号进行采集并转换，对转换后的信号进行复乘处理即可满足对于幅度和相位的高精度控制，数字多目标调制单元的外部模拟信号采用希尔伯特方式进行转换，将实信号转换为I/Q的数字信号；其数学机理如下：

S‵(t)=S(t)·Ae^j ；

其中，S‵(t)为调制后的信号，S(t)为被调制信号。A为调制幅度系数，为调制相位系数，按照量化位宽16为评估，其理论幅度调制精度为：20log₁₀（32766/32767）=0.0003dB。

具体实现上，馈电数字修整单元包括采集模块、数模转换模块、数字校正和修正模块、输出修整信号模块和远程通信模块。通过对输入信号应用逆变换函数或修正算法，来补偿和校正天线阵列的非线性特性、幅相响应差异等。这样可以使输出信号更加准确地符合预期的理想状态。馈电数字修整单元的运算公式为：

Y_{out}=F（x_{in}）

其中，（x_{in}）表示输入的馈电信号，Y_{out}表示修正后的输出信号，F表示修正算法或逆变换函数。在实际应用中，修正算法通常基于预先录制的校准数据或模型，以对输入信号进行在线修正。修正的目标是尽可能减小输出信号与理想参考信号之间的误差，使其更加精确地满足所期望的性能要求。具体的实现和修正算法会因应用而异。设计和选择适当的修正算法是一个复杂的任务，需要考虑到天线阵列的特性、系统要求和性能目标

具体的，馈电数字修整单元的运行原理包括以下步骤：

A、馈电数字修整单元首先通过传感器采集电力系统中的电流、电压等信号，并将其转换为对应的模拟电信号；

B、采集到的模拟电信号经过模数转换器（ADC）转换为数字形式，使其可以被数字处理器处理；

C、馈电数字修整单元内部的数字处理器对采集到的数字信号进行校正和修正；它根据预设的校正算法和修正规则，对信号进行数字化处理、去噪、补偿等操作，以确保信号的准确度和稳定性；

D、修正后的信号通过数字到模拟转换器（DAC）转换为模拟电信号，并输出给目标设备，如保护装置、测量仪器等，以实现对电力系统的控制、保护和监测；

E、馈电数字修整单元通常配备有通信接口，可以通过通信链路与其他设备或监控系统进行远程通信，以实现数据传输、配置和监控等功能。

综上，馈电数字修整单元使用数字处理技术对电力系统信号进行采集、校正和修正，有效提高了信号精度和稳定性；同时具有灵活性和可配置性，可以根据需要进行各种校正和修正算法的开发和应用，以满足不同的电力系统需求。

具体地，开关矩阵模块中，开关矩阵由一组开关元件组成，可以根据输入信号的控制状态，打开或关闭不同的开关，从而将特定的输入信号路由到所选择的输出；开关矩阵通常用于实现信号选择、数据交换和电路连接等功能。

具体地，开关矩阵可以具有不同的配置和规模，包括二维（2x2、4x4等）和多维矩阵。每个开关矩阵都有一组输入端口和一组输出端口，以及相应的控制线路。控制线路接收来自外部或内部的信号，根据信号的状态，决定哪些开关打开或关闭，以将输入信号路由到特定的输出。

本实施例中，开关矩阵采用AD9172作为信号输出芯片，其采样率≥6.4GHz，量化位宽为16位；且理论DA幅度控制精度≤0.01dB，相位控制精度≤0.01°；按照实际处理过程搭建测试系统，并对输出信号进行采集和分析；得到幅度误差及相位误差分析结构如图3-4所示。图3是本发明实施例中得到的幅度误差分析结构示意图，图4是本发明实施例中得到的相位误差示意图。

进一步地，本实施例中三元组天线采用MIMO（多输入多输出）通讯技术，能够提供更高的数据传输速率和更可靠的无线连接，满足不断增长的通信需求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数字调制的体目标三元组模拟系统，其特征在于，包括信号生成模块、阵列馈电适配模块和开关矩阵模块；

其中，信号生成模块，根据外部控制参数模拟生成目标回波信号；

阵列馈电适配模块，用于驱动和管理三元组天线，将信号生成模块输出信号进行配置传入开关矩阵模块中，对阵列中每个天线进行独立控制分配和馈电；开关矩阵模块，用于在多个输入和多个输出之间进行选择和连接；

其中，阵列馈电适配模块功能包括：将输入信号分配给每个天线，根据指定的配置，将不同的信号分配到特定的天线；通过调节每个天线的电流和相位，控制天线的辐射特性；实时监测天线阵列的工作状态和性能，通过检测信号的反射损耗和阻抗匹配情况，并提供相关的反馈信息实现；提供与其他系统或设备进行通信的接口。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阵列馈电适配模块包括数字多目标调制单元和馈电数字修整单元；其中，数字多目标调制单元根据仿真主控分系统的目标空间位置以及在三元组天线的分配信息，进行各通道散射点回波的产生，以及各信号产生通道内散射点回波信号的叠加，实现空间面目标的模拟；馈电数字修正单元用于对电流、电压的信号进行数字修正和校正，根据每个散射中心的位置计算对应的三元组馈电参数，对每个散射中心的回波信号的幅度、相位、延时进行调整，实现复合目标空域信息的真实模拟。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，数字多目标调制单元采用高量化位宽的数字调制方式。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，馈电数字修整单元包括采集模块、数模转换模块、数字校正和修正模块、输出修整信号模块和远程通信模块；通过对输入信号应用逆变换函数或修正算法，补偿和校正天线阵列的非线性特性和幅相响应差异。

5.如权利要求1-4任意一项所述的系统，其特征在于，所述开关矩阵模块中，开关矩阵由一组开关元件组成，根据输入信号的控制状态，打开或关闭不同的开关，从而将特定的输入信号路由到所选择的输出；用于实现信号选择、数据交换和电路连接功能。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，每个开关矩阵都有一组输入端口和一组输出端口，以及相应的控制线路；控制线路接收来自外部或内部的信号，根据信号的状态，决定哪些开关打开或关闭，以将输入信号路由到特定的输出。

7.如权利要求1-4任意一项所述的系统，其特征在于，三元组天线采用MIMO通讯。