CN207704022U - 一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，包括主控计算机、路由器、采用NI FlexRIO模块组成的S模式询问机及ADS‑B接收站仿真单元、采用NI FlexRIO模块组成的S模式应答机及干扰源仿真单元、分别与S模式询问机及ADS‑B接收站仿真单元和S模式应答机及干扰源仿真单元连接的射频通道模拟器。本实用新型的有益效果是：本实用新型使用NI FlexRIO模块作为开发平台，具备灵活性高的特点，能够根据具体的需要选用合适的模块化硬件，灵活的组成的S模式询问机及ADS‑B接收站仿真单元或S模式应答机及干扰源仿真单元，从而能够降低开发难度、提高开发效率并节约开发成本。

Description

一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统

技术领域

本实用新型涉及雷达仿真领域，具体的说，是一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统。

背景技术

二次雷达（SSR）是与一次雷达相对应的一种雷达制式。一次雷达是通过空中目标的反射波来识别目标的，而二次雷达的工作方式与一次雷达不同，二次雷达通过地面站或机载设备的询问机向空中目标发送询问，空中目标的应答机在接收到询问信号之后发送应答信号，地面站或机载设备通过接收应答信号来识别空中目标。

二次雷达系统复杂，研制周期长，耗资多，验证困难。采用雷达系统仿真技术可节省科研经费、加快研制过程，同时既便于对雷达各分系统的功能进行独立验证，又能够对其整体性能进行评估分析。雷达系统仿真技术的广泛应用，为雷达系统的研究、设计和验证节省了大量的费用，使得雷达系统的性能得到保证，成为雷达系统分析、设计、试验、评估等各个方面的重要技术手段。

二次雷达系统仿真技术的核心在于二次雷达的编解码技术，传统的做法是基于FPGA硬件平台，完成硬件电路设计和软件算法的VHDL代码实现。这种做法涉及到硬件及软件开发，涉及到的开发人员众多、开发工具复杂，导致时间和成本花费都很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，利用该系统来提高开发效率，节约开发成本。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，包括主控计算机、与主控计算机连接的路由器、与路由器连接且采用NI FlexRIO模块组成的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元、与路由器连接且采用NI FlexRIO模块组成的S模式应答机及干扰源仿真单元、分别与S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元和S模式应答机及干扰源仿真单元连接的射频通道模拟器。

所述的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元包括第一PXIe机箱、第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块、第一中频收发仪适配器模块、第一上下变频器模块和第一磁盘阵列；

所述的第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块和第一磁盘阵列分别与第一PXIe机箱连接；

所述的第一中频收发仪适配器模块与第一FlexRIO FPGA模块连接，所述的第一上下变频器模块分别与第一中频收发仪适配器模块和射频通道模拟器连接；

所述的第一嵌入式控制器与路由器连接。

所述的第一FlexRIO FPGA模块与射频通道模拟器通讯连接；所述的第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块和第一磁盘阵列分别通过PXIe总线与第一PXIe机箱连接。

所述的第一FlexRIO FPGA模块、第一中频收发仪适配器模块和第一上下变频器模块均设置有两个且一一对应连接。

所述的S模式应答机及干扰源仿真单元包括第二PXIe机箱、第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块、第二中频收发仪适配器模块、第二上下变频器模块和第二磁盘阵列；

所述的第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块和第二磁盘阵列分别与第二PXIe机箱连接；

所述的第二中频收发仪适配器模块与第二FlexRIO FPGA模块连接，所述的第二上下变频器模块分别与第二中频收发仪适配器模块和射频通道模拟器连接；

所述的第二嵌入式控制器与路由器连接。

所述的第二FlexRIO FPGA模块与射频通道模拟器通讯连接；所述的第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块和第二磁盘阵列分别通过PXIe总线与第二PXIe机箱连接。

所述的第二FlexRIO FPGA模块、第二中频收发仪适配器模块和第二上下变频器模块均设置有四个且一一对应连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型使用NI FlexRIO模块作为开发平台，具备灵活性高的特点，能够根据具体的需要选用合适的模块化硬件，灵活的组成的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元或S模式应答机及干扰源仿真单元，从而能够降低开发难度、提高开发效率并节约开发成本。

附图说明

图1为本方案的结构示意图；

图2为S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元的结构示意图；

图3为S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元与射频通道模拟器的连接示意图；

图4为S模式应答机及干扰源仿真单元的结构示意图；

图5为S模式应答机及干扰源仿真单元与射频通道模拟器的连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例中，一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，包括主控计算机、与主控计算机连接的路由器、与路由器连接且采用NI FlexRIO模块组成的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元、与路由器连接且采用NI FlexRIO模块组成的S模式应答机及干扰源仿真单元、分别与S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元和S模式应答机及干扰源仿真单元连接的射频通道模拟器。本方案使用NI FlexRIO模块作为开发平台，具备灵活性高的特点，能够根据具体的需要选用合适的模块化硬件，灵活的组成的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元或S模式应答机及干扰源仿真单元，从而能够降低开发难度、提高开发效率并节约开发成本。

选用NI FlexRIO模块作为S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元或S模式应答机及干扰源仿真单元中的中央处理单元，能够利用LabVIEW FPGA来编写FPGA代码，实现询问应答信号的编码或译码，避免了硬件开发的工作以及降低了FPGA代码的开发难度，并实现快速搭建二次雷达仿真系统，极大降低了系统开发、生产的技术风险。

实施例2：

如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元包括第一PXIe机箱、第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块、第一中频收发仪适配器模块、第一上下变频器模块和第一磁盘阵列。

所述的第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块和第一磁盘阵列分别通过PXIe总线与第一PXIe机箱连接。

如图3所示，所述的第一中频收发仪适配器模块与第一FlexRIO FPGA模块连接，所述的第一上下变频器模块分别与第一中频收发仪适配器模块和射频通道模拟器连接。

所述的第一嵌入式控制器与路由器连接。所述的第一FlexRIO FPGA模块与射频通道模拟器通讯连接。

所述的第一PXIe机箱采用PXIe-1082机箱。

所述的第一嵌入式控制器采用PXIe-8135嵌入式控制器。主要用于对相关数据处理、统计评估、数据暂存和各个模块控制。例如，接收控制命令、模块控制；储存、发送仿真参数；接收仿真过程参数；数据统计及评估。

所述的第一FlexRIO FPGA模块采用PXIe-7975R。主要用于完成S模式询问机和ADS-B接收站的数字信号处理。例如，询问信号编码、应答信号译码、ADS-B IN信号译码等数字信号处理；和嵌入式控制器通过PXIe总线完成信息交互；射频通道模拟器控制。

所述的第一FlexRIO FPGA模块和所述的第一嵌入式控制器由第一PXIe机箱提供的PXIe总线完成通信。

所述的第一磁盘阵列用于完成对仿真过程数据流盘进行存储。例如，储存仿真过程数据，用于数据回放及分析。

所述的第一中频收发仪适配器模块采用NI 5782中频收发仪适配器模块。主要用于将FPGA的数字信号转化为中频信号或者将中频信号转化为数字信号。例如，通过ADC或者DAC采样，将数字信号转化为指定频率的中频模拟信号或将制定频率的中频模拟信号转化为数字信号（2 Ch AI，2Ch AO）。

所述的第一上下变频器模块采用双发双收射频收发模块。主要用于连接第一中频收发仪适配器模块，将中频信号转化为相关频率的射频信号或将相关频率的射频信号转化为中频信号。例如，将中频信号上变频为射频信号（1030 MHz）、将射频信号下变频为中频信号（95MHz）。

1组Flex RIO FPGA+中频收发器+上下变频器能够同时仿真2个S模式询问机或2个ADS-B接收站。S模式询问机和ADS-B接收站共用同一物理射频输入通道。本实施例中，所述的第一FlexRIO FPGA模块、第一中频收发仪适配器模块和第一上下变频器模块均设置有两个且一一对应连接。以此能够同时仿真4个S模式询问机或4个ADS-B接收站。

各个S模式应答机仿真单元均含有ADS-B OUT功能，ADS-B OUT信号由应答射频信号输出端口输出。ADS-B接收站从对应S模式询问机的应答信号输入端口接收ADS-B信号。

如图4所示，所述的S模式应答机及干扰源仿真单元包括第二PXIe机箱、第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块、第二中频收发仪适配器模块、第二上下变频器模块和第二磁盘阵列。

所述的第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块和第二磁盘阵列分别通过PXIe总线与第二PXIe机箱连接。

如图5所示，所述的第二中频收发仪适配器模块与第二FlexRIO FPGA模块连接，所述的第二上下变频器模块分别与第二中频收发仪适配器模块和射频通道模拟器连接。

所述的第二嵌入式控制器与路由器连接。

所述的第二FlexRIO FPGA模块与射频通道模拟器通讯连接。

所述的第二FlexRIO FPGA模块、第二中频收发仪适配器模块和第二上下变频器模块均设置有四个且一一对应连接。

所述的第二PXIe机箱采用PXIe-1082机箱。

所述的第二嵌入式控制器采用PXIe-8135嵌入式控制器。例如，接收控制命令、模块控制；储存、发送仿真参数；接收仿真过程参数；数据统计及评估。

所述的第二FlexRIO FPGA模块采用PXIe-7975R。询问信号译码、应答信号编码、ADS-B OUT信号编码等数字信号处理；和嵌入式控制器通过PXIe总线完成信息交互；

所述的第二FlexRIO FPGA模块和所述的第二嵌入式控制器由第二PXIe机箱提供的PXIe总线完成通信。

所述的第二磁盘阵列用于完成对仿真过程数据流盘进行存储。储存仿真过程数据，用于数据回放及分析。

所述的第二中频收发仪适配器模块采用NI 5782中频收发仪适配器模块。通过ADC或者DAC采样，将数字信号转化为指定频率的中频模拟信号或将制定频率的中频模拟信号转化为数字信号（2 Ch AI，2Ch AO）。

所述的第二上下变频器模块采用双发双收射频收发模块。将中频信号上变频为射频信号（1090 MHz）、将射频信号下变频为中频信号（95MHz）。

1组PXIe-7975R Flex RIO FPGA+中频收发仪适配器+上下变频器能够同时模拟300个S模式应答机和1个干扰源。本系统中，S模式应答机中的2组PXIe-7975R Flex RIOFPGA+中频收发仪适配器+上下变频器和S模式询问机中的1组PXIe-7975R Flex RIO FPGA+中频收发仪适配器+上下变频器对应，并用于仿真该S模式询问机扫描波束内的应答机和干扰源扫描波束内的S模式应答机。每组PXIe-7975R Flex RIO FPGA+中频收发器+上下变频器为双发双收单元，其中1个射频输入端口输入S模式询问机的询问信号，1个射频输入端口输入干扰源信号，1个输出端口输出多个S模式应答机的应答信号及相关S模式应答机的ADS-B OUT信号，在4组Flex RIO FPGA+中频收发器+上下变频器中选择2组的射频输出端口输出干扰信号，模拟2个干扰源。

S模式应答机及干扰源仿真单元中，第二FlexRIO FPGA模块主要完成多个S模式应答机的数字信号处理，第二上下变频器模块为双发双收的射频收发器，连接第二中频收发仪适配器模块，将中频信号转化为相关频率的射频信号或将相关频率的射频信号转化为中频信号。第二嵌入式控制器完成对相关数据处理、统计评估、数据暂存和各个模块控制。第二FlexRIO FPGA模块和第二嵌入式控制器由第二PXIe机箱提供的PXIe总线完成通信。第二磁盘阵列完成对仿真过程数据流盘存储。

在对询问信号进行译码过程中，有2个信号通道输入该S模式应答机对应S模式询问机的询问信号和干扰信号，干扰信号包括2个干扰源，每个干扰源可配置为内部干扰源或外部干扰源，两个干扰源不可同时配置为外部干扰源，不同的干扰信号分别用于模拟空中干扰源和地面干扰源，外部预留干扰源和内部干扰可相互切换，使外部干扰替代空中干扰源或者地面干扰源。4组Flex RIO FPGA+中频收发器+上下变频器中，两组输入空中干扰源，两组输入地面干扰源，输入空中干扰源和地面干扰源的两个模块之间通过背板PXIe总线进行干扰信号的基带数据传输。

本方案具体的工作流程如下：

步骤S1：根据控制方式在主控计算机配置场景，并利用主控计算机生成场景仿真参数；

步骤S2：主控计算机计算初始化参数和场景仿真参数；

步骤S3：根据场景仿真参数中的工作模式配置仿真监控设备的目标参数、询问模式等参数；

步骤S4：通过主控计算机下发控制命令，并向第一嵌入式控制器以及第二嵌入式控制器下发场景仿真参数，开始仿真和监视；

步骤S5：

步骤S51：利用第一嵌入式控制器接收到主控计算机下发的场景仿真参数，对场景仿真参数进行储存，并发送到第一FlexRIO FPGA模块。

步骤S52：第一FlexRIO FPGA模块对场景仿真参数进行参数处理，完成询问编码，并发送至第一中频收发仪适配器模块。

步骤S53：利用第一中频收发仪适配器模块询问编码转化为中频信号，然后传输给第一上下变频器模块进行上变频，转化为1030MHz的射频信号作为询问信号输入到射频通道模拟器。

步骤S54：利用第二嵌入式控制器接收到主控计算机下发的场景仿真参数，并将场景仿真参数发送给第二FlexRIO FPGA模块。

步骤S55：第二FlexRIO FPGA模块对场景仿真参数进行参数配置。当S模式应答机及干扰源仿真单元中的询问通道接收到来自射频通道模拟器的1030MHz询问信号，询问信号经过第二上下变频器模块下变频转化为中频信号。

步骤S56：然后通过第二中频收发仪适配器模块传输到第二FlexRIO FPGA模块，进行询问译码，计算该时刻的询问模式，然后对该时刻内对应S模式询问机扫描波束范围内的S模式应答机进行应答编码，完成编码后，根据仿真参数中的距离计算延迟时间，将应答编码参数和延迟时间储存于寄存器中，等待延迟时间。

步骤S57：完成等待后，第二FlexRIO FPGA模块将应答编码参数和延迟时间发送至第二中频信号收发器适配器模块，经过第二中频信号收发器转化为中频信号，然后传输给第二上下变频器模块进行上变频，转化为1090MHz的射频信号作为应答信号输入到射频通道模拟器。

步骤S58：第一上下变频器模块从射频通道模拟器中接收相应S模式应答机的应答信号，并经过第一上下变频器模块转化为中频信号，中频信号传输至第一FlexRIO FPGA模块进行应答译码，完成询问应答过程。

步骤S6：停止仿真和监视。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：包括主控计算机、与主控计算机连接的路由器、与路由器连接且采用NI FlexRIO模块组成的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元、与路由器连接且采用NI FlexRIO模块组成的S模式应答机及干扰源仿真单元、分别与S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元和S模式应答机及干扰源仿真单元连接的射频通道模拟器。

2.根据权利要求1所述的一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：所述的S模式询问机及ADS-B接收站仿真单元包括第一PXIe机箱、第一嵌入式控制器、第一FlexRIOFPGA模块、第一中频收发仪适配器模块、第一上下变频器模块和第一磁盘阵列；

所述的第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块和第一磁盘阵列分别与第一PXIe机箱连接；

所述的第一中频收发仪适配器模块与第一FlexRIO FPGA模块连接，所述的第一上下变频器模块分别与第一中频收发仪适配器模块和射频通道模拟器连接；

所述的第一嵌入式控制器与路由器连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：所述的第一FlexRIO FPGA模块与射频通道模拟器通讯连接；所述的第一嵌入式控制器、第一FlexRIO FPGA模块和第一磁盘阵列分别通过PXIe总线与第一PXIe机箱连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：所述的第一FlexRIO FPGA模块、第一中频收发仪适配器模块和第一上下变频器模块均设置有两个且一一对应连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：所述的S模式应答机及干扰源仿真单元包括第二PXIe机箱、第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块、第二中频收发仪适配器模块、第二上下变频器模块和第二磁盘阵列；

所述的第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块和第二磁盘阵列分别与第二PXIe机箱连接；

所述的第二中频收发仪适配器模块与第二FlexRIO FPGA模块连接，所述的第二上下变频器模块分别与第二中频收发仪适配器模块和射频通道模拟器连接；

所述的第二嵌入式控制器与路由器连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：所述的第二FlexRIO FPGA模块与射频通道模拟器通讯连接；所述的第二嵌入式控制器、第二FlexRIO FPGA模块和第二磁盘阵列分别通过PXIe总线与第二PXIe机箱连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于FlexRIO的二次雷达仿真系统，其特征在于：所述的第二FlexRIO FPGA模块、第二中频收发仪适配器模块和第二上下变频器模块均设置有四个且一一对应连接。