CN204595206U - 基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，计算机与显示控制单元与目标回波及干扰解算单元连接；目标回波及干扰解算单元的输入端与接收模块和光电转换器连接、输出端与光纤延迟线网络和中频调制单元连接；电光转换器的输入端与激光器和接收模块连接、输出端与光纤延迟线网络连接；光纤延迟线网络的输出端通过光电转换器与目标回波及干扰解算单元连接；中频调制单元的输出端与发射单元连接。本实用新型使用高精度光纤延迟线技术作为延迟手段，提高延迟时间采样率，减小由于延迟时间量化带来的时间延迟误差，提高雷达目标模拟精度。

Description

基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器

技术领域

    本实用新型涉及一种雷达目标模拟器，具体地说是一种基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器。通过使用光纤延迟线技术提高目标模拟延迟时间采样频率，减小时间量化引起的误差，从而达到提高目标模拟精度的目的。

背景技术

随着雷达技术的发展，各种不同体制的雷达相继被研制出来，而在雷达系统的研制和调试过程中，对雷达性能和指标的测试是一个重要的环节。为了方便对雷达的整机调试和性能鉴定，雷达目标模拟技术便逐渐发展起来，他是系统模拟技术与雷达技术相结合的产物。雷达目标模拟技术模拟的对象是雷达的目标环境，模拟的结果是复现蕴含雷达目标及目标环境信息的雷达回波信号。模拟技术广泛应用于对雷达某分系统的调试、性能评价，雷达前端不具备的条件下对系统后级进行分析调试以及对雷达整机性能和指标的检验。然而，目标模拟器在设计中，为了模拟目标回波脉冲信号，在数字化运算中，选取了一定的采样率，即在接收到雷达信号后，通过一系列的变换和多普勒调制后，延迟t时间后，将脉冲信号发送出去。当延迟的t时间不在采样周期整点上，模拟器在发射回波脉冲时采用了回波延迟的量化值，也就是用t时间最近的采样点把回波脉冲信号发送出去，这时模拟回波脉冲信号的回波延迟存在一定的延迟误差，由于时间量化产生的误差可达数米。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，本实用新型使用高精度光纤延迟线技术作为延迟手段，提高延迟时间采样率，从而减小由于延迟时间量化带来的时间延迟误差，提高雷达目标模拟精度。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，其特征在于：该模拟器包括计算机与显示控制单元、目标回波及干扰解算单元、光纤延迟线网络、电光转换器、激光器、光电转换器、中频调制单元、接收模块和发射单元，用于设置工作方式和雷达工作参数的计算机与显示控制单元与目标回波及干扰解算单元连接；目标回波及干扰解算单元的输入端与接收模块和光电转换器连接、输出端与光纤延迟线网络和中频调制单元连接；电光转换器的输入端与激光器和接收模块连接、输出端与光纤延迟线网络连接；光纤延迟线网络的输出端通过光电转换器与目标回波及干扰解算单元连接；中频调制单元的输出端与发射单元连接；接收模块与接收天线连接，发射单元与发射天线连接。

本实用新型中，在光纤延迟线网络内设有2个1*2光开关、16个2*2光开关和17个不同长度的延迟光纤，通过FPGA控制光控开关，使光信号通过不同长度的光纤传输，产生不同的延迟光信号；在光纤延迟线网络内设有保持光纤延迟线网络的温度、减小光纤延迟线温飘的恒温箱。光纤延迟线网络在目标回波及干扰解算单元控制下，通过打开或闭合不同的光开关，来选择光信号的传播路径，进行不同时间长度的延迟。

接收模块将接收天线接收到的雷达信号同时送给目标回波及干扰解算单元和电光转换器。

计算机与显示控制单元用于设置雷达目标模拟器工作方式和雷达工作参数，并送入目标回波及干扰解算单元；当接收到雷达信号后，接收机一方面把雷达信号送给目标回波及干扰解算单元，进行计算处理，另一方面，将雷达信号送入电光转换器，进行光信号的调制使用。光纤延迟线网络在目标回波及干扰解算控制单元控制下，通过打开或闭合不同的光开关，来选择光信号的传播路径，以此来进行不同时间长度的延迟。电光转换器在接收到延迟后的光信号后，将光信号进行解调，把光信号再次转换成电信号，送给目标回波及干扰解算控制单元进行处理；目标回波及干扰解算控制单元将处理结果发送给中频调制单元，进行调制后，由发送单元通过发射天线发射出去，至此，雷达目标模拟器完成了整个目标模拟工作。

计算机与显示控制单元主要用于对雷达主动或被动目标模拟工作方式进行选择并对模拟目标参数进行设置。主动目标模拟工作模式下，需要设置系统参数、雷达载频、脉宽参数、重频参数、信号类型、信号脉内调制参数、目标航迹、目标RCS、起伏特性等参数和雷达天线方向图参数，然后进行初始战情的解算和生成，并下发至目标回波及干扰解算控制单元。被动目标模拟工作模式下，则需要设置系统参数、雷达工作参数、目标航迹、目标RCS等参数，进行初始战情的解算和生成，并下发至目标回波及干扰解算控制单元。

目标回波及干扰解算控制单元，在主动目标模拟工作模式下，需进行目标航迹和天线方向图、幅度起伏等数据的计算，然后下发给宽带DRFM单元。在被动目标模拟工作模式下，目标回波及干扰解算控制单元需要计算各个目标相对于雷达的距离，确定各目标回波信号相对于雷达发射脉冲的时延值，在瞬时测频及脉冲测量单元产生的检波门限的同步下，用这些时延值顺序读取数字射频存储器存储的相应的中频发射脉冲，精确模拟对应于不同时延值的目标回波脉冲。

宽带DRFM单元具有丰富的硬件资源，包括FPGA（可编程门阵列）、存储器、两个DAC（数模转换器），通过FPGA和DAC可构成两个具有调频、调相功能的宽带DDS（数字信号处理）器件。利用宽带DRFM单元中FPGA和一个DDS可构成雷达信号产生器功能，另一个DDS可进行雷达目标多普勒频率的产生。

为了模拟相参目标回波的多普勒频移，由宽带DRFM单元的技术产生器，根据各目标相对雷达的径向运动速度计算目标回波的多普勒频移，并控制多普勒产生模块的DDS中心频率，产生多普勒频率信号。

激光器发出激光基带信号，通过接收到的雷达信号，对进入光调制器的激光信号进行调制，产生调制光信号；调制光信号进入光放大器，对光信号进行放大后，注入光纤延迟线网络。光纤延迟线网络由2个1*2光开关、16个2*2光开关和17个不同长度的延迟光纤构成；通过FPGA控制光控开关，使光信号通过不同长度的光纤传输，从而产生不同的延迟光信号。

光接收模块，用于对延迟结束后的光信号进行光电转换，转换成雷达微波模拟信号输出。

光纤延迟线系统，具有频带宽、杂散小的特点；同时，由于光纤存在温飘，需要对光纤线延时系统进行保温处理，所以，本实用新型设计了恒温箱，减小了温度变化而导致的飘移。

光纤延迟线系统延迟时间步进量由两个光开关之间最短的光纤延迟线决定，由于光开关之间的光纤长度最短为2m，因此该数控延迟系统最小步进量为10ns，对应最小的模拟精度为2m。最长延迟距离由数控延迟系统的光纤长度决定，本系统可以根据实际需要，选择不同的光纤长度，来适应不同的需要。

产生的多普勒频率信号，与经过延迟的20～820MHz的雷达基带信号，在中频调制单元的多普勒调制模块中通过混频器进行变频，将多普勒频率信号叠加到雷达基带信号延迟上，产生3～4GHz的雷达目标回波中频信号，即在中频脉冲信号中加入了该目标的多普勒频移值。

经时延和多普勒频移调制的中频目标回波信号脉冲信号经射频通道的上变频网络进行上变频，即模拟了射频雷达目标回波信号。

模拟雷达目标信号的强度，在目标回波及干扰解算控制单元中，根据被试雷达参数，所模拟目标的雷达截面积、目标至雷达的距离、目标幅度起伏特性、天线方向图等影响目标回波信号强度的诸因素，计算每个雷达目标脉冲信号的强度，计算所需输出信号幅度的衰减值，控制中频调制单元的程控衰减器，使到达雷达接收天线口面的雷达目标信号强度等于计算值。

本实用新型通过计算机设置雷达载频、信号类型、带宽、多普勒、运动规律等参数，实现雷达目标模拟功能；通过光纤延迟线系统完成对雷达目标回波信号的精确时间延迟；通过光放大器，提高光信号的信噪比；通过使用恒温箱，保持光纤延迟线网络的温度，减小光纤延迟线系统的温飘。

本实用新型在计算机的控制下完成对雷达目标回波多普勒调制、以及雷达目标特性调制，通过辐射或注入的方式，使用高精度光纤延迟线技术作为延迟手段，提高延迟时间采样率，从而减小由于延迟时间量化带来的时间延迟误差，提高雷达目标模拟精度，满足了使用要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，包括计算机与显示控制单元13、目标回波及干扰解算单元6、光纤延迟线网络10、电光转换器8、激光器5、光电转换器9、中频调制单元7、接收模块3和发射单元4。用于设置工作方式和雷达工作参数的计算机与显示控制单元与目标回波及干扰解算单元连接；目标回波及干扰解算单元的输入端与接收模块和光电转换器连接、输出端与光纤延迟线网络和中频调制单元连接；电光转换器的输入端与激光器和接收模块连接、输出端与光纤延迟线网络连接；光纤延迟线网络的输出端通过光电转换器与目标回波及干扰解算单元连接；中频调制单元的输出端与发射单元连接；接收模块与接收天线1连接，发射单元与发射天线2连接。

计算机与显示控制单元13用于设置雷达目标模拟器工作方式和雷达工作参数，并送入目标回波及干扰解算单元6；当接收天线1接收到雷达信号后，接收模块3一方面把雷达信号送给目标回波及干扰解算单元6，进行计算处理，另一方面，将雷达信号送入电光转换器8，进行光信号的调制使用；光纤延迟线网络10，在目标回波及干扰解算单元6控制下，通过打开或闭合不同的光开关11，来选择光信号的传播路径，以此来进行不同时间长度的延迟；光电转换器9在接收到延迟后的光信号后，将光信号进行解调，把光信号再次转换成电信号，送给目标回波及干扰解算单元6进行处理；目标回波及干扰解算单元6将处理结果发送给中频调制单元7，进行调制后，由发射单元4通过发射天线2发射出去，至此，雷达目标模拟器完成了整个目标模拟工作。

计算机与显示控制单元13对雷达目标模拟工作方式进行选择并对模拟目标参数进行设置。

在主动目标模拟工作模式下，需要设置系统参数、雷达载频、脉宽参数、重频参数、信号类型、信号脉内调制参数、目标航迹、目标RCS、起伏特性等参数和雷达天线方向图参数，然后进行初始战情的解算和生成，并下发至目标回波及干扰解算控制单元6。

在被动目标模拟工作模式下，则需要设置系统参数、雷达工作参数、目标航迹、目标RCS等参数，进行初始战情的解算和生成，并下发至目标回波及干扰解算控制单元9。需要计算各个目标相对于雷达的距离，确定各目标回波信号相对于雷达发射脉冲的时延值，通过DRFM单元控制光纤延迟线系统，产生精确延迟时间，精确模拟对应于不同时延值的目标回波脉冲。

所述激光器发出激光基带信号，通过接收到的雷达信号，对进入光调制器的激光信号进行调制，产生调制光信号；

所述调制光信号进入光放大器，对光信号进行放大，以提高光信号的信噪比，然后，将放大后的光信号注入光纤延迟线网络。

光纤延迟线网络具有频带宽、杂散小的特点。在光纤延迟线网络内设有2个1*2光开关、16个2*2光开关和17个不同长度的延迟光纤，通过FPGA控制光控开关，使光信号通过不同长度的光纤传输，产生不同的延迟光信号；在光纤延迟线网络内设有保持光纤延迟线网络的温度、减小光纤延迟线温飘的恒温箱12。

光电转换器用于对延迟结束后的光信号进行光电转换，转换成雷达微波模拟信号输出。

光纤延迟线系统延迟时间步进量由两个光开关之间最短的光纤延迟线决定，由于光开关之间的光纤长度最短为2m，因此该数控延迟系统最小步进量为10ns，对应最小的模拟精度为2m。最长延迟距离由数控延迟系统的光纤长度决定，本系统可以根据实际需要，选择不同的光纤长度，来适应不同的需要。

产生的多普勒频率信号，与经过延迟的20～820MH的雷达基带信号，在中频调制单元7的多普勒调制模块中通过混频器进行变频，将多普勒频率信号叠加到雷达基带信号延迟上，产生3～4GHz的雷达目标回波中频信号，即在中频脉冲信号中加入了该目标的多普勒频移值。经时延和多普勒频移调制的中频目标回波信号脉冲信号经射频通道的上变频网络进行上变频，即模拟了射频雷达目标回波信号。

雷达目标信号的强度模拟方法，在目标回波及干扰解算控制单元中，根据被试雷达参数，所模拟目标的雷达截面积、目标至雷达的距离、目标幅度起伏特性、天线方向图等影响目标回波信号强度的诸因素，计算每个雷达目标脉冲信号的强度，计算所需输出信号幅度的衰减值，控制中频调制单元7的程控衰减器，使到达雷达接收天线口面的雷达目标信号强度等于计算值。模拟雷达目标的雷达截面积，在目标回波及干扰解算控制单元6中，通过模拟Swilling1、2、3、4类型模拟雷达目标的起伏。

本实用新型通过显控单元13设置雷达载频、信号类型、带宽、运动规律等参数，实现雷达目标模拟功能；在计算机的控制下完成对雷达目标回波多普勒调制、以及雷达目标特性调制，通过辐射或注入的方式，满足雷达目标模拟的要求。

Claims (4)

1.一种基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，其特征在于：该模拟器包括计算机与显示控制单元（13）、目标回波及干扰解算单元（6）、光纤延迟线网络（10）、电光转换器（8）、激光器（5）、光电转换器（9）、中频调制单元（7）、接收模块（3）和发射单元（4），用于设置工作方式和雷达工作参数的计算机与显示控制单元（13）与目标回波及干扰解算单元（6）连接；目标回波及干扰解算单元（6）的输入端与接收模块（3）和光电转换器（9）连接、输出端与光纤延迟线网络（10）和中频调制单元（7）连接；电光转换器（8）的输入端与激光器（5）和接收模块（3）连接、输出端与光纤延迟线网络（10）连接；光纤延迟线网络（10）的输出端通过光电转换器（9）与目标回波及干扰解算单元（6）连接；中频调制单元（7）的输出端与发射单元（4）连接；接收模块（3）与接收天线（1）连接，发射单元（4）与发射天线（2）连接。

2.根据权利要求1所述的基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，其特征在于：在光纤延迟线网络（10）内设有2个1*2光开关、16个2*2光开关和17个不同长度的延迟光纤，通过FPGA控制光控开关，使光信号通过不同长度的光纤传输，产生不同的延迟光信号；在光纤延迟线网络（10）内设有保持光纤延迟线网络的温度、减小光纤延迟线温飘的恒温箱（12）。

3.根据权利要求2所述的基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，其特征在于：光纤延迟线网络（10）在目标回波及干扰解算单元（6）控制下，通过打开或闭合不同的光开关，来选择光信号的传播路径，进行不同时间长度的延迟。

4.根据权利要求1所述的基于光纤延迟线的高精度雷达目标模拟器，其特征在于：接收模块（3）将接收天线（1）接收到的雷达信号同时送给目标回波及干扰解算单元（6）和电光转换器（8）。