CN209979835U - 雷达信号的调制解调验证装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种雷达信号的调制解调验证装置，其中信号源模块提供线性调频信号；基频信号模块用于提供基频信号；第一倍频器的输入端连接信号源模块的输出端；第一混频器的输入端分别连接第一倍频器的输出端和基频信号模块的输出端，第一混频器的输出端连接带通滤波器的输入端，所述带通滤波器输出和频信号；第二倍频器的输入端连接带通滤波器的输出端，用于对所述和频信号进行倍频得到两路信号，其中一路作为雷达发射信号，从天线发射出去；另外一路经过传输延迟作为雷达回波；解调模块将所述两路信号解调到低频段。服了实际搭建太赫兹雷达系统繁琐等缺点，可以快速地验证并计算相关检测数据，与理论值作对比。

Description

雷达信号的调制解调验证装置

技术领域

本实用新型涉及信号处理领域，具体涉及一种雷达信号的调制解调验证装置。

背景技术

太赫兹波通常指频率在0.1THz～10THz(对应波长30μm～3mm)之间的电磁波，其频率介于毫米波与红外光之间。太赫兹波频率较高，很难检测，使得太赫兹波成为电磁波谱中最后一个未被全面研究和利用的频率窗口，被称为“太赫兹空隙”。由于太赫兹频段波长度小于微波、毫米波，太赫兹雷达更易于实现大信号带宽和窄天线波束，也有利于对目标进行高分辨率成像。同时，在太赫兹频段物体运动引起的多普勒效应更为显著，也有利于目标运动甚至微动特征的检测识别。但是由于太赫兹频段器件和集成技术尚不成熟，在太赫兹雷达系统研制或搭建过程中，系统级仿真能够提前测试和验证系统方案的合理性和正确性，便于器件选型、误差预判和风险控制，具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种雷达信号的调制解调验证装置。

根据本实用新型提供的技术方案，提供一种信号调制解调仿真等效模型，所述信号调制解调仿真等效模型包括：

信号源模块，所述信号源模块提供线性调频信号；

基频信号模块，所述基频信号模块用于提供基频信号；

第一倍频器，所述第一倍频器的输入端连接信号源模块的输出端，用于对信号源模块产生的线性调频信号进行倍频；

第一混频器，所述第一混频器的输入端分别连接第一倍频器的输出端和基频信号模块的输出端，第一混频器的输出端连接带通滤波器的输入端，所述带通滤波器输出和频信号；

第二倍频器，所述第二倍频器的输入端连接带通滤波器的输出端，用于对所述和频信号进行倍频得到两路信号雷达发射信号，其中一路从天线发射出去；另外一路经过传输延迟作为雷达回波；

解调模块，所述解调模块将所述两路信号解调到低频段。

进一步地，所述第一混频器包括相乘器，所述相乘器的输入端为所述第一混频器的输入端，相乘器的输出端连接带通滤波器的输入端

进一步地，所述解调模块为I/Q正交解调模块.其包括第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道相互正交，第一通道中设有第二混频器和第一滤波器，所述第二混频器的输入端分别输入雷达发射信号和雷达回波信号，所述第二混频器的输出端连接第一滤波器的输入端。

进一步地，还包括雷达分辨率验证模组，所述雷达分辨率验证模组包括：

传输延迟模块，所述传输延迟模块包括第一传输延迟模块、第二传输延迟模块和第三传输延迟模块，所述第一传输延迟模块的输入端、第二传输延迟模块的输入端和第三传输延迟模块的输入端均连接所述的第二倍频器的输出端，用于接收第二倍频器输出的雷达发射信号；

第三混频器，所述第三混频器的输入端分别连接第一传输延迟模块的输出端和第二倍频器的输出端，所述第三混频器的输出端连接第二滤波器；所述第二滤波器的输出端连接低频采样器的输入端，频谱仪连接所述低频采样器的输出端；

第四混频器，所述第四混频器的输入端分别连接第三传输延迟模块的输出端和第二倍频器的输出端，所述第四混频器的输出端连接一第二滤波器的输入端；所述第二滤波器的输出端连接低频采样器的输入端，频谱仪连接所述低频采样器的输出端；

相加器，所述相加器的输入端分别连接第一传输延迟模块的输出端和第二传输延迟模块的输出端；

第五混频器，所述第五混频器的输入端分别连接所述相加器的输出端和第二倍频器的输出端，所述第五混频器的输出端连接一第二滤波器的输入端；所述第二滤波器的输出端连接低频采样器的输入端，频谱仪连接所述低频采样器的输出端。

从以上所述可以看出，本发明提供的雷达信号的调制解调验证装置，与现有技术相比具备以下优点：其一，由于太赫兹线性调频雷达处于高频段，很难提取信息，所以主要采用降频的方法通过一系列倍频，混频，滤波，调制解调等处理。提取了传输时间延迟，时域波形等信息。仿真结果与理论值基本一致。其二，克服了实际搭建太赫兹雷达系统繁琐等缺点，可以快速地验证并计算相关检测数据，与理论值作对比。

附图说明

图1为本实用新型中信号调制方法的流程图。

图2为本实用新型中信号解调方法的流程图。

图3为本实用新型中信号调制解调仿真等效模型的结构原理图。

图4为本实用新型中雷达分辨率的验证方法的流程图。

图5为本实用新型中雷达分辨率验证模组的结构示意图。

1.信号源模块，2.基频信号模块，3.第一倍频器，4.第一混频器，5.带通滤波器，6.第二倍频器，7.第二混频器，8.第一滤波器，9.第一传输延迟模块，10.第二传输延迟模块，11.第三传输延迟模块，12.第三混频器，13.第四混频器，14.相加器，15.第五混频器，16.低通滤波，17.低频采样器，18. 频谱仪。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。

在众多仿真软件中Simulink提供了丰富的信号处理模块，提供了方便的图形输出界面，并且操作方便，成本较低，易于复用，因此本文选择Simulink作为某超宽带太赫兹雷达测距系统的仿真工具搭建数学模型，验证能否由该雷达回波信号的频率推算出传输延迟信息。由于该系统仿真其实是将雷达信号从高频段搬移至低频段而便于研究。本文在刚开始系统建模前，是用 300MHz-331.25MHz，带宽为31.25MHz的线性调频正弦波和7.86875GHz的正弦波作2倍频，混频，滤波处理得到135.5GHz到136.5GHz的线性调频正弦波。但在实际系统仿真的过程中，发现仿真的关键是将解调后I路信号(同相信号)的信息提取出来。采用300MHz-550MHz的线性调频正弦波和3.65GHz的正弦波作2倍频，混频，滤波处理得到8.5GHz-9.5GHz的线性调频正弦波同样能达到效果。可以采取一种8G左右信号的等效模型。

作为本实用新型的第一方面，提供一种信号的调制解调验证方法，其包括以下具体步骤：第一步：对信号进行调制，第二步，对第一步中调制的信号进行解调；第三步，验证所解调得到的信号符合太赫兹波的等效信号。

第一步的对信号进行调制具体包括以下流程：

S110：将线性调频信号进行倍频；所述线性调频信号的数学表达式为：

式中：A为幅度；

为一个宽度为τ的矩形窗；f₀为初始频率；K 为调频率。该线性调频信号为频率随时间线性变化的正弦波，所述线性调频信号能够在1ms的时间段内由300MHz线性增长到550MHz，并且所述线性调频信号的带宽为250MHz；所述线性调频信号倍频后，其在1ms的时间段内能由 600MHz线性增长到1100MHz，带宽500MHz。

S120：将倍频后的线性调频信号与基频信号进行混频输出一个调频连续波；所述基频信号的频率为3.65GHz；

S130：使得所述调频连续波经过带通滤波器5进行滤波并输出和频信号；所述带通滤波器5优选16阶，4GHz到5GHz的带通滤波器5，所述带通滤波器 5，滤波效果良好。所述和频信号为4.25GHz-4.75GHz的线性调频正弦波信号。

所述S120和S130步骤中所述混频滤波步骤具体包括：现将倍频后的线性调频信号与基频信号经相乘器相乘，然后进行带通滤波从而得到所述和频信号。

S140：对所述和频信号进行倍频得到雷达发射信号，并将所述雷达发射信号从天线发射出去。具体地，根据“一个初始频率为f的信号经过一系列相乘可以得到任意倍频的信号”的原理，在对所述和频信号进行倍频过程中，使用相乘法对其进行1次倍频处理。

所述S140步骤中所述雷达发射信号为8.5GHz-9.5GHz的线性调频正弦波。

S150：模拟接收所述雷达发射信号。将所述雷达发射信号经过传输延迟模块得到雷达回波信号；所述雷达回波信号与雷达发射信号相同均为 8.5GHz-9.5GHz的线性调频正弦波；所述传输延迟模块模拟对所述雷达发射信号进行了10us的传输延迟。并将所接收到的雷达回波信号分离到相互正交的两个通道中。

第二步的对第一步中调制的信号进行解调具体包括以下流程：

S210：接收机接收雷达回波信号，并将所接收到的雷达回波信号分离到相互正交的两个通道中；

S220：所述接收机包括同相通道和反相通道，在所述接收机的正相通道中，所述雷达回波信号与雷达发射信号进行混频得到差频信号。

S230：将所述差频信号进行低通滤波得到中频信号。

雷达发射信号与经过10us传输延迟的雷达回波信号进行混频，再经过125M 的第一滤波器8，在正相通道中得到差频信号。因为在1ms的时间段线性增长 1GHz，所以，对于10us的传输延迟，理论上，能够得到的差频信号是10M的正弦波。

第三步，验证所解调得到的信号符合太赫兹波的等效信号具体包括以下步骤：修改所述传输延迟模块的传输延迟时间。

具体地，将所述传输延迟模块的传输延迟时间修改为5us，重复上述步骤从而得到约4.9MHz的差频信号。将所述传输延迟模块的传输延迟时间修改为8us，重复上述步骤从而得到约8.1MHz的差频信号。将所述传输延迟模块的传输延迟时间修改为15us，重复上述步骤从而得到约15.0MHz的差频信号。将所述传输延迟模块的传输延迟时间修改为20us，重复上述步骤从而得到约20.1MHz的差频信号。

作为本实用新型的第二方面，提供一种信号调制解调仿真等效模型，其包括：

信号源模块1，所述信号源模块1提供线性调频信号；所述线性调频信号的数学表达式为：

式中：A为幅度；

为一个宽度为τ的矩形窗；f₀为初始频率；K为调频率。该线性调频信号在1ms的时间段内由300MHz线性增长到550MHz，带宽为250MHz。

基频信号模块2，所述基频信号模块2用于提供基频信号；

第一倍频器3，所述第一倍频器3的输入端连接信号源模块1的输出端；所述第一倍频器3用于对信号源模块1产生的线性调频信号进行倍频，在1ms(的时间段内由600MHz线性增长到1100MHz，带宽500MHz。

第一混频器4，所述第一混频器4的输入端分别连接第一倍频器3的输出端和基频信号模块2的输出端；所述第一混频器4包括相乘器，所述相乘器的输入端为所述第一混频器4的输入端，相乘器的输出端连接带通滤波器5的输入端，经所述带通滤波器5滤波得到和频信号。

第二倍频器6，所述第二倍频器6的输入端连接带通滤波器5的输出端；用于对所述和频信号进行16倍频，从而得到两路信号，其中一路作为雷达发射信号，从天线发射出去；另外一路经过10us的传输延迟作为雷达回波。

解调模块，所述解调模块为I/Q正交解调模块。所述两路信号经过解调模块解调到低频段。从而完成信号解调。所述解调模块包括第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道相互正交，第一通道中设有第二混频器7和第一滤波器8，所述第二混频器7的输入端分别输入雷达发射信号和雷达回波信号，所述第二混频器7的输出端连接第一滤波器8的输入端。

作为本实用新型的第三方面，提供一种雷达分辨率的验证方法，其中如图4 所示，根据雷达计算公式：

2*R(雷达单程距离)＝c(光速)*t(传输时间)

p(雷达分辨率)＝c(光速)/(2*B(雷达信号带宽))

带宽为1GHz的线性调频雷达的分辨率为0.15m(换算成传输延迟为1ns)。所述雷达分辨率的验证方法包括以下步骤：

S310：本实用新型第一方面第一步S140得到的所述雷达发射信号分别经过第一传输延迟模块9、第二传输延迟模块10和第三传输延迟模块11分别进行第一次传输延迟、第二次传输延迟和第三次传输延迟，从而分别得到第一传输延迟信号、第二传输延迟信号和第三传输延迟信号。所述第一传输延迟模块9、第二传输延迟模块10和第三传输延迟模块11的传输延迟时间分别为10us、10.0033 us和10.001us，从而所述第一传输延迟信号为经过10us传输延迟的 8.5GHz-9.5GHz的线性调频正弦波，所述第二传输延迟信号为经过10.0033us传输延迟的8.5GHz-9.5GHz的线性调频正弦波，所述第三传输延迟信号为经过10.001us传输延迟的8.5GHz-9.5GHz的线性调频正弦波。

S320：将第一传输延迟信号与雷达发射信号进行混频，再将所述混频信号经过频谱仪18频谱仪1816器得到第一差频信号；将第一差频信号作低频采样 (采样率为30MHz)，观察频谱。

S330：将第三传输延迟信号与雷达发射信号进行混频，再将所述混频信号经过频谱仪18频谱仪1816器得到第二差频信号；将第二差频信号作低频采样 (采样率为30MHz)，观察频谱。

S340：将第一传输延迟信号与第二传输延迟信号相加并将输出的信号与雷达发射信号进行混频，再将混频的信号经过频谱仪18频谱仪1816器得到第三差频信号；将第三差频信号作低频采样(采样率为30MHz)，观察频谱。所述频谱仪的参数设置为Span＝24MHz，CF＝0Hz，RBW＝2e3Hz。

作为本实用新型的第四方面，提供一种雷达分辨率验证模组，其中，如图5 所示，所述雷达分辨率验证模组用于验证本实用新型第二方面中所述第二倍频器6输出的雷达发射信号的分辨率，所述雷达分辨率验证模组具体包括：

传输延迟模块，所述传输延迟模块包括第一传输延迟模块9、第二传输延迟模块10和第三传输延迟模块11，所述第一传输延迟模块9的输入端、第二传输延迟模块10的输入端和第三传输延迟模块11的输入端均连接第二倍频器6的输出端，用于接收第二倍频器6输出的雷达发射信号。

第三混频器12，所述第三混频器12的输入端分别连接第一传输延迟模块9 的输出端和第二倍频器6的输出端，所述第三混频器12的输出端连接频谱仪18 频谱仪1816器；所述频谱仪18频谱仪1816器的输出端连接低频采样器17的输入端，频谱仪连接所述低频采样器17的输出端。

第四混频器13，所述第四混频器13的输入端分别连接第三传输延迟模块 11的输出端和第二倍频器6的输出端，所述第四混频器13的输出端连接一频谱仪18频谱仪1816器的输入端；所述频谱仪18频谱仪1816器的输出端连接低频采样器17的输入端，频谱仪连接所述低频采样器17的输出端。

相加器14，所述相加器14的输入端分别连接第一传输延迟模块9的输出端和第二传输延迟模块10的输出端。

第五混频器15，所述第五混频器15的输入端分别连接所述相加器14的输出端和第二倍频器6的输出端，所述第五混频器15的输出端连接一频谱仪18 频谱仪1816器的输入端；所述频谱仪18频谱仪1816器的输出端连接低频采样器17的输入端，频谱仪连接所述低频采样器17的输出端。

第四混频器13第四混频器13第三传输延迟模块11第四混频器13频谱仪 18频谱仪1816频谱仪18频谱仪1816低频采样器17低频采样器17

频谱仪的参数设置为Span＝24MHz，CF＝0Hz，RBW＝2e3Hz,从而能够在频谱仪上观察出雷达分辨率、

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的主旨之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种雷达信号的调制解调验证装置，其特征在于，包括：

信号源模块（1），所述信号源模块（1）提供线性调频信号；

基频信号模块（2），所述基频信号模块（2）用于提供基频信号；

第一倍频器（3），所述第一倍频器（3）的输入端连接信号源模块（1）的输出端，用于对信号源模块（1）产生的线性调频信号进行倍频；

第一混频器（4），所述第一混频器（4）的输入端分别连接第一倍频器（3）的输出端和基频信号模块（2）的输出端，第一混频器（4）的输出端连接带通滤波器（5）的输入端，所述带通滤波器（5）输出和频信号；

第二倍频器（6），所述第二倍频器（6）的输入端连接带通滤波器（5）的输出端，用于对所述和频信号进行倍频得到两路信号雷达发射信号，其中一路从天线发射出去；另外一路经过传输延迟作为雷达回波；

解调模块，所述解调模块将所述两路信号解调到低频段。

2.如权利要求1所述的雷达信号的调制解调验证装置，其特征在于，所述第一混频器（4）包括相乘器，所述相乘器的输入端为所述第一混频器（4）的输入端，相乘器的输出端连接带通滤波器（5）的输入端。

3.如权利要求1所述的雷达信号的调制解调验证装置，其特征在于，所述解调模块为I/Q正交解调模块.其包括第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道相互正交，第一通道中设有第二混频器（7）和第一滤波器（8），所述第二混频器（7）的输入端分别输入雷达发射信号和雷达回波信号，所述第二混频器（7）的输出端连接第一滤波器（8）的输入端。

4.如权利要求1所述的雷达信号的调制解调验证装置，其特征在于，还包括雷达分辨率验证模组，所述雷达分辨率验证模组包括：

传输延迟模块，所述传输延迟模块包括第一传输延迟模块（9）、第二传输延迟模块（10）和第三传输延迟模块（11），所述第一传输延迟模块（9）的输入端、第二传输延迟模块（10）的输入端和第三传输延迟模块（11）的输入端均连接所述第二倍频器（6）的输出端，用于接收第二倍频器（6）输出的雷达发射信号；

第三混频器（12），所述第三混频器（12）的输入端分别连接第一传输延迟模块（9）的输出端和第二倍频器（6）的输出端，所述第三混频器（12）的输出端连接第二滤波器（16）；

第四混频器（13），所述第四混频器（13）的输入端分别连接第三传输延迟模块（11）的输出端和第二倍频器（6）的输出端，所述第四混频器（13）的输出端连接一第二滤波器（16）的输入端；所述第二滤波器（16）的输出端连接低频采样器（17）的输入端，频谱仪（18）连接所述低频采样器（17）的输出端；

相加器（14），所述相加器（14）的输入端分别连接第一传输延迟模块（9）的输出端和第二传输延迟模块（10）的输出端；

第五混频器（15），所述第五混频器（15）的输入端分别连接所述相加器（14）的输出端和第二倍频器（6）的输出端，所述第五混频器（15）的输出端连接一第二滤波器（16）的输入端；所述第二滤波器（16）的输出端连接低频采样器（17）的输入端，频谱仪（18）连接所述低频采样器（17）的输出端。

Images