RU189247U1 - SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS - Google Patents

SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS Download PDF

Info

Publication number
RU189247U1
RU189247U1 RU2019104945U RU2019104945U RU189247U1 RU 189247 U1 RU189247 U1 RU 189247U1 RU 2019104945 U RU2019104945 U RU 2019104945U RU 2019104945 U RU2019104945 U RU 2019104945U RU 189247 U1 RU189247 U1 RU 189247U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
signal
frequency
quadrature
Prior art date
Application number
RU2019104945U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Боков
Владимир Григорьевич Важенин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2019104945U priority Critical patent/RU189247U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU189247U1 publication Critical patent/RU189247U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40Means for monitoring or calibrating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4052Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes
    • G01S7/4056Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes specially adapted to FMCW
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/08Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of aircraft, e.g. Link trainer
    • G09B9/40Simulation of airborne radar

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к радиолокации, точнее к дальнометрии или радиовысотометрии, а именно к устройствам для имитации частотно-временной структуры радиолокационного сигнала, отраженного от одной или нескольких целей и/или подстилающей поверхности.Технической задачей полезной модели является построение практической схемы имитатора для максимально приближенной к реальной, полной проверки аппаратуры и алгоритмов работы радиолокатора во всём диапазоне имитируемых высот ЛА и дальностей.Технический результат достигается за счет динамического управления параметрами модулирования и цифровой обработки сигналов при переменных параметрах модуляции, когда отражённый сигнал формируется на основе текущего излучаемого сигнала, с возможностью непрерывного изменения фазы и имитируемых задержки, доплеровской частоты и ослабления формируемого сигнала, для ЛЧМ сигналов возможна имитация дальностей с задержкой менее собственной задержки имитатора. 1 ил.The utility model relates to radar, or, more precisely, to ranging or radio altimetry, namely, devices for simulating the time-frequency structure of a radar signal reflected from one or several targets and / or the underlying surface. real, complete testing of equipment and algorithms of radar operation in the whole range of simulated aircraft heights and distances. Technical result is achieved due to d Namic control of modulation parameters and digital signal processing with variable modulation parameters, when the reflected signal is generated based on the current radiated signal, with the possibility of continuous phase change and simulated delay, Doppler frequency and attenuation of the generated signal imitator. 1 il.

Description

Полезная модель относится к радиолокации, точнее к дальнометрии или радиовысотометрии, а именно к устройствам для имитации частотно-временной структуры радиолокационного сигнала, отраженного от одной или нескольких целей и/или подстилающей поверхности. The utility model relates to radar, more precisely, to ranging or radio altimetry, namely, to devices to simulate the time-frequency structure of a radar signal reflected from one or more targets and / or underlying surface.

Общей проблемой создания имитаторов является формирование эквивалентных отраженных эхо-сигналов с возможностью сквозных испытаний и контроля параметров СВЧ- и НЧ-трактов излучения и обработки сигналов в широких диапазонах параметров излучаемых и принимаемых сигналов.The common problem of creating simulators is the formation of equivalent reflected echo signals with the possibility of end-to-end testing and monitoring of the parameters of the microwave and low-frequency paths of radiation and signal processing in wide ranges of parameters of the emitted and received signals.

При работе имитатора в составе комплекса полунатурного моделирования (ПНМ) необходим учет всех основных параметров возможной фоноцелевой обстановки (ФЦО) для технической и функциональной проверки корректности работы бортового радиолокатора в условиях, близких к реальным, к критическим и даже запредельным. When operating the simulator as part of a semi-natural modeling complex (ISM), it is necessary to take into account all the main parameters of the possible phono-target situation (FCF) for technical and functional verification of the correctness of the on-board radar in conditions close to real, critical and even beyond.

Существующие комплексы ПНМ для радиовысотомеров (РВ), радиодальномеров и радиолокационных систем (РЛС) способны решать задачи имитации радиолокационных сигналов, отраженных от одного или нескольких отражателей на несущей частоте, но без управления их характеристиками в режиме реального времени или без учета возможности варьирования и нестабильностей параметров модуляции (амплитуды, частоты, фазы) излучаемого сигнала, особенно для сложномодулированных сигналов, например, с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Existing complexes PNM for radio altimeters (RV), radio range finders and radar systems (radar) are able to solve the problem of simulating radar signals reflected from one or more reflectors on the carrier frequency, but without controlling their characteristics in real time or without taking into account the possibility of variation and instability of parameters modulation (amplitude, frequency, phase) of the emitted signal, especially for complex-modulated signals, for example, with linear frequency modulation (LFM).

Известна реализация наземной отработки радиолокационных систем бортового оборудования на базе радиобезэховой камеры, в которой реализована имитация отражений от пространственно распределенных объектов с учетом текстуры поверхности и помехозащиты. Общие недостатки известных решений – активное использование радиобезэховой камеры, акцент смещен на формирование ФЦО из точечных целей. Для имитации требуются детерминированность излучаемого сигнала или дополнительная синхронизация с РЛС, что означает невозможность полной проверки приемопередатчиков на несущей частоте, особенно при переменных или неизвестных параметрах модуляции. К недостаткам способов генерирования текстуры 3D объектов относят трудоемкость формирования произвольной границы стыковки тематических данных при составлении текстурной карты и невозможность генерирования реалистичной текстуры местности в реальном масштабе времени («Способ генерирования текстуры в реальном масштабе времени и устройство для его реализации», Бодин О. Н. и др. – Патент РФ 2295772. 26.09.2005). Known is the implementation of ground testing of radar systems of onboard equipment based on a radio bezekhovoe camera, which implements the imitation of reflections from spatially distributed objects, taking into account the surface texture and interference protection. The common drawbacks of the known solutions are the active use of a radio bezhekhovoy chamber, the emphasis is shifted to the formation of the FTSO from point targets. Simulation requires the determination of the emitted signal or additional synchronization with the radar, which means that it is impossible to fully test the transceivers on the carrier frequency, especially with variable or unknown modulation parameters. The disadvantages of methods for generating textures of 3D objects include the laboriousness of forming an arbitrary boundary between thematic data when drawing up a texture map and the impossibility of generating a realistic terrain texture in real time (“Method for generating texture in real time and a device for its implementation”, Bodin O.N. and others. - Patent of the Russian Federation No. 2295772. September 26, 2005).

Также известны разработки ГосНИИАС имитаторов с ориентацией на использование современных принципов цифровой обработки сигналов (ЦОС) с возможностью формирования многоточечных целей. В статье «Особенности формирования фоноцелевой обстановки на комплексах полунатурного моделирования бортовых радиолокационных систем конечного наведения» (Д.В. Хлебников, Ю.Д. Кислицын, E.С. Конаныхин, Д.В. Лазнков – НТК «Авиационные системы в XXI веке». Сборник докладов. Москва: Гос. НИИ авиационных систем, 2017. С. 70–80), с упоминанием имитаторов на базе СБИС 1879ВМЗ, выполненных на АО «УПКБ «Деталь» (г. Каменск-Уральский Свердловской обл.), приведены особенности формирования ФЦО в комплексах ПНМ бортовых РЛС. Приведенные принципы базируются на использовании каналов радиочастотной памяти для имитации целей, для перемещающихся и распределенных по углу – нескольких синхронизированных каналов. Общие недостатки предложенных решений – не ясна взаимосвязь возможности создания разнообразных и адекватных отражений от подстилающих поверхностей с конкретными параметрами каналов радиочастотной памяти эхосигналов, максимально приближенных к реальным условиям. Also known development GosNIIAS simulators with a focus on the use of modern principles of digital signal processing (DSP) with the possibility of the formation of multipoint targets. In the article "Features of the formation of phono-target situation on the complexes of semi-natural modeling of airborne radar systems of final guidance" (DV Khlebnikov, Yu.D. Kislitsyn, ES Konanykhin, DV Laznkov - STC Aviation Systems in the XXI century " A collection of reports. Moscow: State Research Institute of Aviation Systems, 2017. p. 70–80), with mention of simulators based on the SBIS 1879 VMZ, performed at UPPB Detal JSC (Kamensk-Uralsky Sverdlovsk Region), features the formation of FC in complexes PNM airborne radar. The principles are based on the use of radio frequency memory channels to simulate targets, for moving and distributed around the corner - several synchronized channels. General disadvantages of the proposed solutions - the relationship between the possibility of creating diverse and adequate reflections from the underlying surfaces with specific parameters of the radio frequency memory of echo signals as close as possible to real conditions is not clear.

В патенте РФ №2522502 на имитатор сигнала радиолокатора с синтезированной апертурой (С.В. Валов, А.И. Сиротин, С.В. Щербаков. Дата приоритета: 10.12.2012) ЦОС заключается в использовании двух АЦП квадратурных составляющих сигналов, двух фильтров с конечной импульсной характеристикой (ФКИХ), коэффициенты для которых поступают по шине ввода-вывода из внешнего процессора с периодом обновления импульсной характеристики сцены Т<1/2ДFд, где ДFд – ширина доплеровского спектра сигнала. Схема также содержит квадратурный умножитель и генератор прямого цифрового синтеза, которые могут быть использованы для формирования группового доплеровского смещения частоты формируемого сигнала – ПРОТОТИП. In the RF patent №2522502 for a simulated radar signal with synthesized aperture (S.Valov, A.I. Sirotin, S.V. Shcherbakov. Priority date: 10/12/2012) DSP is to use two ADC quadrature signal components, two filters with finite impulse response (FQIC), the coefficients for which are received via the I / O bus from the external processor with the update period of the impulse response of the scene T <1 / 2DFd, where DFd is the width of the Doppler signal spectrum. The circuit also contains a quadrature multiplier and a direct digital synthesis generator, which can be used to generate a group Doppler shift of the frequency of the generated signal - PROTOTIP.

Недостатком прототипа является невозможность качественной имитации эквивалентных малых высот ЛА при изменении параметров зондирующего сигнала из-за наличия задержки в цепях аналоговой и цифровой обработки сигнала. Большинство современных РВ и РВС для повышения точности изменяют параметры модуляции, например, крутизну ЛЧМ. Для повышения помехозащищенности возможно применение случайного (псевдослучайного) закона изменения параметров, что не позволяет установить однозначную зависимость параметров модуляции от параметров имитируемой обстановки.  The disadvantage of the prototype is the impossibility of qualitative imitation of equivalent low altitudes of the aircraft when changing the parameters of the probing signal due to the presence of a delay in the analog and digital signal processing circuits. Most modern RV and RVS change the modulation parameters, for example, the chirp slope to improve accuracy. To increase the noise immunity, it is possible to apply the random (pseudo-random) law of parameters change, which does not allow to establish a unique dependence of the modulation parameters on the parameters of the simulated environment.

Поэтому, для качественной имитации эквивалентных малых высот ЛА помимо возможности смещения частоты необходимо в реальном времени определять величину такого сдвига в соответствии с учетом мгновенных параметров зондирующего сигнала и величины собственной задержки в цепях аналоговой и цифровой обработки сигнала.Therefore, in order to qualitatively simulate the equivalent small heights of an aircraft, in addition to the possibility of frequency shifting, it is necessary to determine in real time the magnitude of such a shift in accordance with the instantaneous parameters of the probing signal and the amount of self-delay in analog and digital signal processing circuits.

Технической задачей полезной модели является построение практической схемы имитатора для максимально приближенной к реальной, полной проверки аппаратуры и алгоритмов работы радиолокатора во всём диапазоне имитируемых высот ЛА и дальностей до цели. The technical task of the utility model is the construction of a practical simulator for as close as possible to real, thorough testing of equipment and algorithms for radar operation in the entire range of simulated aircraft heights and distances to the target.

Технический результат достигается за счет динамического управления параметрами модулирования и цифровой обработки сигналов при переменных параметрах модуляции, когда отражённый сигнал формируется на основе текущего излучаемого сигнала, с возможностью непрерывного изменения фазы и имитируемых задержки, доплеровской частоты и ослабления формируемого сигнала, для ЛЧМ сигналов возможна имитация дальностей с задержкой менее собственной задержки имитатора. The technical result is achieved by dynamically controlling the parameters of modulation and digital signal processing with variable modulation parameters, when the reflected signal is generated based on the current radiated signal, with the possibility of continuous phase change and simulated delays, Doppler frequency and attenuation of the generated signal, for chirp signals it is possible to simulate distances with a delay of less than the proper delay of the simulator.

Для решения поставленной задачи предлагается имитатор отражённых радиолокационных сигналов, характеризующийся тем, что содержит предварительный фильтр, регулируемый усилитель, квадратурный смеситель, двухканальный АЦП, ОЗУ выборок сигнала, первый и второй формирователь адреса, цифровой формирующий фильтр, комплексный умножитель, двухканальный ЦАП, квадратурный модулятор, регулируемый аттенюатор, вычислитель параметров имитации, блок АМ и ЧМ детекторов, ОЗУ коэффициентов фильтра, низкочастотный (НЧ) квадратурный гетеродин, высокочастотный (ВЧ) гетеродин, синтезатор 1-ой тактовой частоты, синтезатор 2-ой тактовой частоты, задатчик 2-ой тактовой частоты, вычислитель текущей разности, блок сравнения задержек и блок имитации сценария со следующими соединениями: входной зондирующий радиосигнал А(t) через предварительный фильтр и регулируемый усилитель соединен с первым радиочастотным входом квадратурного смесителя, со вторым входом которого соединён выход ВЧ гетеродина Fг, выход (Iin, Qin) квадратурного смесителя соединён с аналоговым входом квадратурного сигнала двухканального АЦП, со вторым тактовым входом которого соединён выход синтезатора 1-ой тактовой частоты Ft1, этот же выход также соединен со входом первого формирователя адреса, выход двухканального АЦП (I, Q) через блок АМ и ЧМ детекторов соединен с 1-м и 2-м задающими входами S(t) и f(t) вычислителя параметров имитации, 3-й задающий вход которого соединен с выходом блока имитации сценария, выход двухканального АЦП (I, Q) также соединен с входом ОЗУ выборок сигнала, с тактовыми входами записи азап и считывания асч которого соединены выходы первого и второго формирователей адреса, также эти выходы формирователей адреса через вычислитель текущей разности соединены с первым входом Δa блока сравнения задержек, со вторым входом которого соединен выход Δaтреб вычислителя параметров имитации, выход ОЗУ выборок сигнала соединен с сигнальным входом (Ir, Qr) цифрового формирующего фильтра, выход которого (Io, Qo) через комплексный умножитель соединен с входом (Iout, Qout) двухканального ЦАП, выход блока сравнения задержек через задатчик 2-ой тактовой частоты соединен с входом синтезатора 2-ой тактовой частоты, выход которого Ft2 соединен с входом второго формирователя адреса и вторым тактовым входом двухканального ЦАП, выход которого соединён с аналоговым входом (Iw, Qw) квадратурного модулятора, со вторым входом которого соединён выход ВЧ гетеродина Fг, вычислитель параметров имитации своими вычисленными значениями на выходе Uk через ОЗУ коэффициентов фильтра соединен со вторым входом цифрового формирующего фильтра, выходами Дfi и Дϕi через НЧ квадратурный гетеродин соединен со вторым входом комплексного умножителя, выходом Vупр соединен с управляющим входом задатчика 2-ой тактовой частоты, выходом (fmin, fmax) соединен с управляющим входом предварительного фильтра, выходом E0 соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, а выходом Ei соединен с управляющим входом регулируемого аттенюатора, радиочастотный вход которого соединен с выходом квадратурного модулятора, а выход которого X(t) является сформированным конечным сигналом имитатора.To solve this problem, a simulated radar signal simulator is proposed, which is characterized by the fact that it contains a pre-filter, an adjustable amplifier, a quadrature mixer, a two-channel ADC, a RAM of signal samples, a first and second address generator, a digital shaping filter, a complex multiplier, a two-channel DAC, quadrature modulator, adjustable attenuator, calculator of imitation parameters, AM and FM detector unit, RAM of filter coefficients, low-frequency (LF) quadrature local oscillator, high hour total (HF) local oscillator, synthesizer of the 1st clock frequency, synthesizer of the 2nd clock frequency, master of the 2nd clock frequency, calculator of the current difference, delay comparison unit and scenario simulation block with the following connections: radio probe sound input A (t) through Pre-filter and adjustable amplifier are connected to the first RF input of the quadrature mixer, the second input of which is connected to the output of the RF local oscillator Fg, the output (Iin, Qin) of the quadrature mixer is connected to the analog input of the quadrature signal The left ADC, with the second clock input of which is connected to the output of the synthesizer of the 1st clock frequency Ft 1 , the same output is also connected to the input of the first address shaper, the output of the two-channel ADC (I, Q) is connected to the 1st and The 2nd master inputs S (t) and f (t) of the simulation parameters calculator, the 3rd master input of which is connected to the output of the script simulation block, the output of the two-channel ADC (I, Q) is also connected to the RAM input of the signal samples, with clock inputs recording and reading and zap MF and which are connected outputs of the first and second pho tors, addresses, and the output of the address through computer current difference are connected to the first input Δa delay comparator, the second input of which is connected to the output Δa treb calculator simulation parameters, a RAM signal samples output connected to the signal input (Ir, Qr) digital shaping filter, the output of which (Io, Qo) is connected to the input (Iout, Qout) of a two-channel D / A converter via a complex multiplier, the output of the delay comparison unit is connected to the synthesizer input of the 2nd clock frequency through a second clock frequency master; od which Ft 2 is connected to the input of the said second location and a second clock input of the two-channel DAC, whose output is connected to the analog input (Iw, Qw) of the quadrature modulator, the second input of which is connected to the output RF oscillator Fg, computer simulation parameters with their calculated values at the output U k through the RAM of the filter coefficients is connected to the second input of the digital shaping filter, the outputs Df i and Dϕ i through the low-frequency quadrature local oscillator connected to the second input of the complex multiplier, the output V control is connected to the control the master clock input of the 2nd clock frequency, the output (f min , f max ) is connected to the control input of the prefilter, output E 0 is connected to the control input of the adjustable amplifier, and output E i is connected to the control input of the adjustable attenuator, the radio frequency input of which is connected to the output of the quadrature modulator, and the output of which X (t) is the generated final signal of the simulator.

Особенности предлагаемой структуры построения электронного имитирующего комплекса:Features of the proposed structure of building an electronic simulating complex:

• Имитируемый отраженный сигнал представляет собой непрерывные копии излучённого сигнала, просуммированные с учетом программно заданных задержек и параметров квадратурной модуляции (амплитуда, доплеровский сдвиг частоты).• The simulated reflected signal is a continuous copy of the emitted signal, summed up taking into account the programmed delays and quadrature modulation parameters (amplitude, Doppler frequency shift).

• Возможен произвольный характер движения летательного аппарата (JIA).• The arbitrary nature of the movement of the aircraft (JIA).

• Динамическая смена основных параметров моделирования в соответствии заданным сценарием.• Dynamic change of the main parameters of the simulation in accordance with the specified scenario.

Способ построения имитаторов отраженных «эхо-сигналов» ретрансляционного типа основан на выполнении непрерывного преобразования зондирующего СВЧ-сигнала с антенны передатчика радиолокатора в имитируемый отраженный сигнал, подаваемый далее на антенну приемного устройства. При этом, за счет изменения параметров преобразования, возможна имитация движения радиолокатора/ЛA по заданной траектории над имитируемой поверхностью в условиях переменной сцены/ФЦО. Подключение к радиолокатору возможно с использованием пар приемопередающих антенн (в том числе в безэховой камере), а также, для повышения точности и исключения излучений, непосредственно СВЧ-кабелями.The method of constructing simulated echoes of a relay type is based on performing continuous conversion of a probing microwave signal from a radar transmitter antenna into a simulated reflected signal fed further to a receiver antenna. At the same time, by changing the conversion parameters, it is possible to imitate the movement of the radar / LA along a predetermined trajectory over the simulated surface under conditions of a variable scene / FCT. Connection to the radar is possible using pairs of transmit-receive antennas (including in an anechoic chamber), as well as, to improve accuracy and exclude emissions, directly with microwave cables.

Для возможности быстрого и точного управления параметрами имитации необходимо использовать методы цифровой обработки сигналов (ЦОС). Тогда, при имитации отражения от цели для РЛС или подстилающей поверхности для РВ эквивалентность формируемого на СВЧ отраженного сигнала может быть обеспечена при выполнении следующих основных преобразований:To be able to quickly and accurately control simulation parameters, you must use digital signal processing (DSP) methods. Then, when simulating the reflection from the target for the radar or the underlying surface for the RV, the equivalence of the reflected signal generated on the microwave signal can be achieved by performing the following basic transformations:

1) перенос зондирующего сигнала в область низких частот (в рабочую зону Найквиста – полосу работы аналого-цифрового преобразователя АЦП) и его оцифровка (с частотой дискретизации не менее удвоенной ширины полосы частот сигнала);1) transferring the probing signal to the low-frequency region (to the Nyquist work area — the ADC analog-to-digital converter band) and digitizing it (with a sampling frequency of at least twice the signal's bandwidth);

2) переменная задержка для имитации заданной переменной дальности (высоты для РВ);2) variable delay to simulate a given variable range (altitude for RS);

3) переменное ослабление сигнала для имитации затухания в соответствии с дальностью распространения и характеристиками отражающей поверхности (отражателями сцены/ФЦО);3) variable attenuation of the signal to simulate attenuation in accordance with the propagation distance and characteristics of the reflecting surface (reflectors of the scene / FCT);

4) имитация эффектов доплеровского сдвига частоты, а также имитация дальностей за счет смещения частоты (при ЛЧМ), при этом реализуется возможность переменного сдвига частоты (и фазы) формируемого сигнала;4) imitation of the effects of the Doppler frequency shift, as well as imitation of the ranges due to the frequency shift (with the chirp), with the possibility of variable frequency shift (and phase) of the generated signal;

5) формирование протяженного портрета по дальности в соответствии с типом имитируемого отражения, характеристиками радиолокатора, имитируемой траектории и отражателей ФЦО;5) formation of an extended portrait in range in accordance with the type of simulated reflection, the characteristics of the radar, the simulated trajectory and reflectors of the FTS;

6) цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) полученного сигнала и его перенос в исходную область СВЧ;6) digital-to-analog conversion (DAC) of the received signal and its transfer to the original microwave region;

Перечисленные пункты 2-5 основных преобразований сигнала могут быть выполнены в произвольном порядке, а пункт 3 может быть распределен и реализован с помощью аттенюаторов до выполнения АЦП, после выполнения ЦАП, а также при цифровом умножении.The listed items 2-5 of the main signal transformations can be performed in an arbitrary order, and item 3 can be distributed and implemented using attenuators before performing the ADC, after performing the DAC, and also during digital multiplication.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема полезной модели имитатора ретрансляционного типа для формирования отраженного сигнала для радиолокатора, на которой изображено:The drawing shows a functional electrical circuit of a utility model of a relay-type simulator for generating a return signal for a radar, which shows:

1 – предварительный фильтр; 1 - prefilter;

2 – регулируемый усилитель; 2 - adjustable amplifier;

3 – квадратурный смеситель; 3 - quadrature mixer;

4 – двухканальный АЦП; 4 - two-channel ADC;

5 – ОЗУ выборок сигнала; 5 - RAM of signal samples;

6 – ФА1 – первый формирователь адреса; 6 - FA1 - the first address generator;

7 – ФА2 – второй формирователь адреса; 7 — FA2 — second address driver;

8 – ЦФФ – цифровой формирующий фильтр; 8 - CFP - digital forming filter;

9 – комплексный умножитель; 9 - complex multiplier;

10 – двухканальный ЦАП; 10 - two-channel DAC;

11 – квадратурный модулятор; 11 - quadrature modulator;

12 – регулируемый аттенюатор; 12 - adjustable attenuator;

13 – вычислитель параметров имитации; 13 - calculator of imitation parameters;

14 – блок АМ и ЧМ детекторов; 14 is a block of AM and FM detectors;

15 – ОЗУ коэффициентов фильтра; 15 - RAM of filter coefficients;

16 – низкочастотный (НЧ) квадратурный гетеродин; 16 - low-frequency (LF) quadrature local oscillator;

17 – высокочастотный (ВЧ) гетеродин; 17 - high frequency (HF) local oscillator;

18 – синтезатор 1-ой тактовой частоты; 18 - 1 clock synthesizer;

19 – синтезатор 2-ой тактовой частоты; 19 - 2nd clock synthesizer;

20 – задатчик 2-ой тактовой частоты; 20 - unit of the 2nd clock frequency;

21 – вычислитель текущей разности; 21 - current difference calculator;

22 – блок сравнения задержек; 22 is a unit for comparing delays;

23 – блок имитации сценария; 23 — script simulation block;

А(t) – зондирующий радиосигнал с выхода передатчика радиолокатора (или с приемной антенны имитатора); A (t) is the probing radio signal from the output of the radar transmitter (or from the simulator receiving antenna);

H, V, эволюции, ДНА, ЭПР – данные имитируемого полета ЛА, т.е. высота, скорость, угловые эволюции (крен и тангаж) носителя/радиолокатора, диаграмма направленности антенны, эффективная площадь рассеивания отражателей ФЦО; H, V, evolution, DNA, EPR - data of the simulated flight of the aircraft, i.e. altitude, velocity, angular evolution (roll and pitch) of the carrier / radar, antenna pattern, effective dispersion area of the PTsF reflectors;

S(t) и f(t) – выходные сигналы АМ и ЧМ детекторов, соответственно; S (t) and f (t) are the output signals of the AM and FM detectors, respectively;

X(t) – сформированный сигнал, соответствующий отраженному сигналу от подвижной по дальности (высоте) сцене/ФЦО. X (t) is the generated signal corresponding to the reflected signal from the moving in distance (height) scene / FCT.

Имитатор работает следующим образом. The simulator works as follows.

Зондирующий радиосигнал А(t), поступающий с выхода передатчика радиолокатора или приемной антенны имитатора проходит через предварительный фильтр. При этом для исключения шумов и возможных сигналов других радиолокаторов полоса пропускания предварительного фильтра может регулироваться в заданных пределах, например, от fmin до fmax, т.к. большинство радиолокаторов являются перестраиваемыми одночастотными. Для согласования уровня сигнала используется регулируемый усилитель. Величина коэффициента усиления (ослабления) E0 определяется из условия оптимального использования разрядной сетки АЦП, т.е. уровни сигналов на входе АЦП соответствуют (не превышают) максимальному уровню для выбранных схем АЦП.The sounding radio signal A (t), coming from the output of the radar transmitter or the simulator receiving antenna, passes through a pre-filter. At the same time to eliminate noise and possible signals from other radars, the bandwidth of the pre-filter can be adjusted within specified limits, for example, from f min to f max , since most radars are tunable single-frequency. An adjustable amplifier is used to match the signal level. The magnitude of the gain (attenuation) E 0 is determined from the condition of optimal use of the ADC discharge grid, i.e. The signal levels at the ADC input correspond to (do not exceed) the maximum level for the selected ADC circuits.

Диапазон частот (fmin, fmax) предварительного фильтра и коэффициент E0 регулируемого усилителя также могут изменяться в процессе работы имитатора. В частности, для некоторых типов радиолокаторов имеется возможность использования априорной информации о зависимости центральной частоты, диапазона частот и/или уровня мощности излучения радиолокатора от условий работы: высоты, скорости полета, скорости сближения и др. Так как эти условия воспроизводятся, т.е. известны вдоль всей имитируемой траектории, то это позволяет согласовать диапазон частот и уровень сигнала для дальнейшего формирования отраженного сигнала с большей точностью. Также, для конкретного образца радиолокатора имеется возможность непрерывного согласования диапазона частот и уровня сигнала по результатам оценки параметров модуляции (включая необходимые усреднения и другую время-частотную обработку, выполняемую в вычислителе параметров имитации) по сигналам S(t) и f(t) от блока АМ и ЧМ детекторов. В простейшем случае регулируемый усилитель может выполнять функцию автоматической регулировки усиления (АРУ) для поддержания уровня сигнала на должном уровне.The frequency range (f min , f max ) of the prefilter and the coefficient E 0 of the adjustable amplifier can also change during the operation of the simulator. In particular, for some types of radars, it is possible to use a priori information about the dependence of the center frequency, frequency range and / or radar power level on the working conditions: altitude, flight speed, approach speed, etc. Since these conditions are reproduced, i.e. known along the entire simulated trajectory, it allows you to match the frequency range and signal level for the further formation of the reflected signal with greater accuracy. Also, for a specific radar sample, there is the possibility of continuous matching of the frequency range and signal level based on the results of the evaluation of modulation parameters (including the necessary averaging and other time-frequency processing performed in the simulation parameters calculator) using the S (t) and f (t) signals AM and FM World Detectors. In the simplest case, an adjustable amplifier can perform an automatic gain control function (AGC) to maintain the signal level at the proper level.

Далее сигнал поступает в квадратурный смеситель, который с использованием сигнала ВЧ гетеродина выполняет преобразование частоты и демодуляцию с формированием квадратурных составляющих сигнала (Iin, Qin) на промежуточной (нулевой) частоте для упрощения дальнейшей цифровой обработки и формирования отраженного сигнала. Отметим, что здесь и далее, блоки вспомогательной фильтрации полезной части спектра сигналов являются частью соответствующих блоков преобразования сигналов.Next, the signal enters the quadrature mixer, which, using an RF local oscillator signal, performs frequency conversion and demodulation with the formation of quadrature signal components (Iin, Qin) at an intermediate (zero) frequency to simplify further digital processing and the formation of the reflected signal. Note that hereinafter, the auxiliary filtering blocks of the useful part of the spectrum of signals are part of the corresponding signal conversion blocks.

Полученный сигнал (в форме двух квадратурных составляющих Iin, Qin) оцифровывается в двухканальном АЦП. Полученные составляющее (I, Q) поступают на входы АМ и ЧМ детекторов и сохраняются в ОЗУ выборок сигнала. При этом оцифровка в АЦП, детектирование АМ/ЧМ модуляции и запись в ОЗУ выборок сигнала (I, Q) выполняются с тактовой частотой Ft1 (или кратно) формируемой синтезатором 1-ой тактовой частоты. The received signal (in the form of two quadrature components Iin, Qin) is digitized in a two-channel ADC. The resulting component (I, Q) is fed to the inputs of the AM and FM detectors and stored in the RAM of the signal samples. In this case, digitization in the ADC, detection of AM / FM modulation and recording into RAM of signal samples (I, Q) are performed with a clock frequency of Ft 1 (or multiply) of the 1st clock frequency generated by the synthesizer.

Чтение из ОЗУ выборок сигнала (Ir, Qr), дальнейшая ЦОС и работа ЦАП выполняются с тактовой частотой Ft2 (или кратно) формируемой синтезатором 2-ой тактовой частоты. Для формирования физических адресов записи азап и считывания асч в/из ОЗУ выборок сигнала используются два формирователя адресов: ФА1 и ФА2 соответственно. Они могут быть реализованы в виде циклических двоичных счетчиков в диапазоне от 0 до amax, так чтобы после достижении максимального значения amax на следующем такте счет продолжался с 0. Reading from the RAM of signal samples (Ir, Qr), further DSP and DAC operation are performed with a clock frequency of Ft 2 (or multiple) generated by the synthesizer of the 2nd clock frequency. To generate physical addresses and spare recording and reading in MF and / from RAM uses two signal samples shaper addresses: FA1 and FA2, respectively. They can be implemented as cyclic binary counters in the range from 0 to a max , so that after reaching the maximum value of a max on the next clock cycle, the counting would continue from 0.

В вычислителе текущей разности рассчитывается значение Да:In the current difference calculator, the value Yes is calculated:

Да = mod((amax + азап – асч), (amax +1)), Yes = mod ((a max + and zap - a MF), (a max +1)) ,

где amax – максимальный адрес слова в ОЗУ для хранения квадратурных выборок сигнала; mod(v1,v2) – стандартная операция нахождения остатка от деления 1-го операнда на 2-й. В случае, если amax = (2n – 1), где n – целое, т.е. соответствует разрядности диапазона адресов ОЗУ выборок сигнала, то можно упростить выражение и использовать вычитание в пределах n разрядов с игнорированием знакового бита, что соответствует вычислению поразрядной операции «И», где маской выступает значение amax:where a max is the maximum word address in RAM for storing quadrature signal samples; mod (v1, v2) is the standard operation for finding the remainder of dividing the 1st operand by the 2nd. If a max = (2 n - 1), where n is an integer, i.e. corresponds to the width of the address range of the RAM of the signal samples, it is possible to simplify the expression and use subtraction within n bits with ignoring the sign bit, which corresponds to the calculation of the bitwise operation "And", where the mask is the value of a max :

Да = (азап – асч) & (2n – 1) = (азап – асч) & amax .Yes = (and zap - a mc ) & (2 n - 1) = (and zap - a mch ) & a max .

В такой реализации ОЗУ выборок сигнала работает в режиме FIFO (First Input – First Output), т.е. реализует функцию линии задержки. Например, в случае отсутствия имитации доплеровского сдвига для формируемого радиолокационного портрета значения тактовых частот равны: Ft1 = Ft2, поэтому реализуемая в ОЗУ выборок сигнала задержка примерно равна:In such an implementation, the RAM of the signal samples operates in the FIFO (First Input - First Output) mode, i.e. implements the function of the delay line. For example, in the case of the absence of Doppler shift simulation for the radar portrait being formed, the clock frequency values are: Ft 1 = Ft 2 , therefore, the delay implemented in the RAM of the signal samples is approximately equal to:

τДа ≈ 2 Да /(Ft1 + Ft2) = Да / Ft1.τ Yes ≈ 2 Yes / (Ft 1 + Ft 2 ) = Yes / Ft 1 .

Выражение дает примерное значение истинной задержки в ОЗУ, а его точность определяется способом учета (усреднение, сглаживание или игнорирование отклонения) эффекта несинхронного изменения значений адресов, приводящих к скачкам значений Да на величину младшего разряда адреса, т.е. скачки от 0 до 1. При игнорировании скачков точность задания задержки в имитаторе Дτ ≈ 1/Ft1. Поэтому за счет увеличения тактовой частоты может быть обеспечена заданная точность задания задержки в имитаторе, например, меньше реальной разрешающей способности радиолокатора по дальности.The expression gives an approximate value of the true delay in RAM, and its accuracy is determined by the method of taking into account (averaging, smoothing or ignoring the deviation) of the effect of an asynchronous change in address values leading to jumps in Yes values by the value of the least significant bit of the address, i.e. jumps from 0 to 1. While ignoring jumps, the accuracy of the delay in the simulator Dτ ≈ 1 / Ft 1 . Therefore, by increasing the clock frequency, a given accuracy of setting the delay in the simulator can be ensured, for example, less than the real resolution of the radar in range.

При реализации метода усреднения (или интегрирования в пределах интервала дискретизации) этих скачков, значение Да будет содержать дробную часть текущей разности адресов, что позволит точнее контролировать процесс имитации «статичных» по относительной дальности радиолокационных портретов.When implementing the averaging method (or integration within the sampling interval) of these jumps, the value of Yes will contain the fractional part of the current address difference, which will allow you to more accurately control the process of imitating “static” relative distance radar portraits.

На практике большинство траекторий подразумевают непрерывное изменение относительной дальности до имитируемых радиолокационных портретов целей. Из уровня техники (прототип, патенты DE 3803993B3, US 4450447) известно, что при отличии тактовой частоты считывания из FIFO от частоты записи можно имитировать смещение частоты, так как изменяется несущая/промежуточная частота воспроизводимого колебания. Поэтому в предлагаемом имитаторе для имитации доплеровского сдвига частоты величиной  Fd вычислитель параметров имитации формирует сигнал Vупр, равный при этом значению относительной скорости сближения точек имитируемой сцены/ФЦО с радиолокатором Vr, а задатчик 2-ой тактовой частоты по заданному Vупр формирует сигнал настройки синтезатора 2-ой тактовой частоты на значение Ft2 так, чтобы:In practice, most trajectories imply a continuous change in the relative distance to simulated radar portraits of targets. In the prior art (prototype, patents DE 3803993B3, US 4450447) it is known that if the clock read frequency from the FIFO differs from the write frequency, the frequency shift can be simulated, since the carrier / intermediate frequency of the reproduced oscillation changes. Therefore, in the proposed simulator to simulate a Doppler value Fd calculator simulation parameters generates a signal V Ctrl equal with the value of the relative speed of approach points simulated scene / FTSO Radar V r, and dial the second clock frequency for a given V Ctrl generates the tuning signal synthesizer 2nd clock frequency to the value of Ft 2 so that:

Ft2 = Ft1 + Fd,Ft 2 = Ft 1 + Fd,

где Fd = 2Vr/λ – значение доплеровского сдвига для заданных значений длины волны излучения λ и относительной скорости сближения с радиолокатором Vr, т.е. при удалении Vr < 0 и Ft2 < Ft1.where Fd = 2V r / λ is the value of the Doppler shift for given values of the radiation wavelength λ and the relative velocity of approach with the radar V r , i.e. when removing V r <0 and Ft 2 <Ft 1 .

При этом: τДа ≈ 2 Да /(Ft1 + Ft2), а точность задания задержки в имитаторе Дτ ≈ 2/(Ft1 + Ft2). Однако, поскольку тактовые частоты Ft1 и Ft2 не синхронизированы, то фактически, имитируемая задержка Дτ будет плавно изменяться: уменьшаться при Ft1 > Ft2, либо увеличиваться при Ft1 < Ft2. Следовательно, изменение фазы имитируемого отраженного сигнала также будет плавным, а регистрируемая радиолокатором задержка отраженного сигнала и дальность не будут дискретными.In this case: τ Yes ≈ 2 Yes / (Ft 1 + Ft 2 ), and the accuracy of setting the delay in the simulator Dτ ≈ 2 / (Ft 1 + Ft 2 ). However, since the clock frequencies Ft 1 and Ft 2 are not synchronized, in fact, the simulated delay Δτ will smoothly change: decrease with Ft 1 > Ft 2 , or increase with Ft 1 <Ft 2 . Consequently, the change of the phase of the simulated reflected signal will also be smooth, and the delay of the reflected signal recorded by the radar and the range will not be discrete.

Вычислитель параметров имитации для заданной траектории ЛА формирует значение требуемой задержки Δатреб в соответствии с текущей минимальной дальностью Rmin до ближайшего отражателя в имитируемой сцене ФЦО:Calculator simulation parameters for a given trajectory LA generates the required delay value Δa required in accordance with the current minimum range R min to the nearest reflector simulated scene FTSO:

τ = 2 Rmin /с; Δатреб = max(Ft1 (2 Rmin /с – τo), Δаmin),τ = 2 Rmin /with; Δаrequire = max (Ftone (2 Rmin / s - τo), Δаmin),

где τo – собственная задержка имитатора, т.е. минимальная реализуемая задержка, которая учитывает все задержки выбранных компонентов и соединений блоков имитатора при аналоговой и цифровой обработке сигнала; с – скорость света; max( ) – функция взятия максимального значения из перечисленных, предназначенная в данном случае для ограничения минимального значения, так чтобы в любом случае Δатреб ≥ Δаmin. Возможное значение для Δаmin зависит от типа используемого ОЗУ выборок сигнала, обычно Δаmin = 0…2.where τ o is the imitator's own delay, i.e. minimum realizable delay, which takes into account all the delays of the selected components and connections of the simulator blocks during analog and digital signal processing; c is the speed of light; max () - function taking the maximum value of the above, in this case intended to limit the minimum value, so that in any case Δa treb ≥ Δa min. The possible value for Δa min depends on the type of RAM of the signal samples used, usually Δa min = 0 ... 2.

Переменные значения координат траектории ЛА (H, V, эволюции) и также все необходимые для имитации постоянные и переменные параметры РЛС (ДНА, диапазон частот и несущая частота f0 и др.) и ФЦО (характеристики отражателей: положение/рельеф, ЭПР, скорость и направление движения ряда отражателей сцены/ФЦО и др.) поступают из блока имитации сценария.Variable coordinates of the LA trajectory (H, V, evolution) and also all the constant and variable radar parameters (DN, frequency range and carrier frequency f 0 , etc.) and FCT (characteristics of reflectors: position / relief, EPR, speed and the direction of movement of a number of scene reflectors / FCT, etc.) come from the script imitation block.

Блок сравнения задержек сравнивает (вычитает) значения текущей Да и требуемой задержек Δатреб. Это необходимо для определения признака достижения заданной высоты Да = Δатреб, для того чтобы остановить изменение имитируемой в ОЗУ выборок сигнала дальности по достижению заданной величины дальности. Эту задачу выполняет задатчик 2 тактовой частоты, который, в случае, если значение Vупр = 0, устанавливает Ft2 = Ft1. При плавном изменении имитируемой дальности: Да ≠ Δатреб и Vупр=Vr ≠ 0, поэтому Ft2 = Ft1 + 2Vr/λ, т.е. управление имитацией выполняется по заданной скорости и без скачков по имитируемой дальности.Comparing unit compares the delays (subtracts) the current value and the required delay Yes Δa des. It is necessary to determine the sign of achieving a predetermined height Yes = Δa requires to stop the change in the RAM simulated range signal samples to achieve a predetermined magnitude range. This task is performed by a clock frequency setting master 2, which, in case the value of V con = 0, sets Ft 2 = Ft 1 . If a smooth change of the simulated range: Y ≠ Δa treb and V Ctrl = V r ≠ 0, so that Ft = Ft 2 1 + 2V r / λ, i.e., Imitation control is performed at a given speed and without jumps over the simulated range.

Цифровой формирующий фильтр ЦФФ выполняет формирование протяженного портрета по дальности в соответствии с типом имитируемого отражения путем выполнения свертки сигнала (Ir, Qr) c импульсной характеристикой сигнала сцены, представленной набором комплексных значений коэффициентов ЦФФ Uk. ЦФФ может быть реализован на основе полностью комплексного ФКИХ или, подобно прототипу, на основе пары ФКИХ для двух квадратурных составляющих сигнала. Также возможна реализация в частотной области путем перемножения спектров («Down range return simulator» – патент US 6075480 от 13.07.2000). Текущие значения коэффициентов ЦФФ Uk поступают из вспомогательного ОЗУ коэффициентов фильтра (двухпортового, т.е. с возможностью одновременных записи и считывания). Они рассчитываются в вычислителе параметров имитации и, подобно прототипу, могут обновляться с заданным периодом импульсной характеристики сцены Т < 1/2ДFд, где ДFд – ширина доплеровского спектра сигнала, а также при обнаружении изменения структуры/параметров зондирующего сигнала. The digital shaping filter of the FPC performs the formation of an extended portrait in range in accordance with the type of simulated reflection by performing a convolution of the signal (Ir, Qr) with the impulse response of the scene signal represented by a set of complex values of the coefficients of the FSC U k . The FPC can be implemented on the basis of a fully complex PCF or, like the prototype, on the basis of a PCF pair for two quadrature signal components. It is also possible to implement in the frequency domain by multiplying the spectra ("Down range return simulator" patent US 6075480 from 07.13.2000). The current values of the coefficients of the FSC U k come from the auxiliary RAM of the filter coefficients (dual port, i.e. with the possibility of simultaneous writing and reading). They are calculated in the simulator of simulation parameters and, like the prototype, can be updated with a specified period of the impulse response of the scene T <1 / 2DFd, where DFd is the width of the Doppler signal spectrum, as well as when a change in the structure / parameters of the probing signal is detected.

Для учета необходимого группового доплеровского сдвига частоты формируемого сигнала, а также для имитации дальностей за счет сдвига частоты, в цифровом комплексном умножителе происходит смещение сигнала по частоте (фазе) путём комплексного умножения квадратурных составляющих сигнала (Io, Qo) на квадратурный гармонический сигнал с частотой Δfi и фазой Δϕi от блока низкочастотного (НЧ) квадратурного гетеродина, выполненного по одной из типовых схем для прямого цифрового синтеза (ПЦС, DDS). To account for the required group Doppler frequency shift of the generated signal, as well as to simulate the ranges due to the frequency shift, the digital complex multiplier shifts the signal in frequency (phase) by complexly multiplying the quadrature signal components (Io, Qo) by a quadrature harmonic signal with frequency Δf i and phase Δϕ i from the block of low-frequency (LF) quadrature local oscillator, made according to one of the typical schemes for direct digital synthesis (DDS).

Использование заданного ненулевого сдвига частоты Δfi позволяет выполнить имитацию дальностей за счет сдвига частоты для радиолокаторов с длительными зондирующими сигналами с ЛЧМ («Устройство для имитации ложной радиолокационной цели при зондировании сигналами с линейной частотной модуляцией». – Патент RU 2625567 от 11.07.2016). В предлагаемом устройстве имитация задержек менее собственной задержки имитатора τo выполняется за счет сдвига частоты формируемого сигнала. В этом случае выполняется условие: Ft1 (2 Rmin /с – τo) < Δаmin. Поэтому на выходе вычислителя параметров имитации устанавливаются значения Δатреб = Δаmin и Vупр = 0, а сдвиг частоты с помощью блока НЧ квадратурного гетеродина выполняется на величину Δfi, зависящую от параметров ЛЧМ модуляции («Преобразование радиолокационного сигнала для полунатурного моделирования многолучевого распространения», Боков А.С. и др. – «Надежность и качество сложных систем». Пенза : ПГУ, 2017. № 3. С. 60-67), а именно от знака и крутизны изменения частоты:Using the specified non-zero frequency shift Δf i allows you to simulate the range due to the frequency shift for radar with long probing signals with chirp ("Device to simulate a false radar target when probing signals with linear frequency modulation." - Patent RU 2625567 from 07.07.2016). In the proposed device, the imitation of delays less than the intrinsic delay of the simulator τ o is due to the frequency shift of the generated signal. In this case, the condition: Ft 1 (2 R min / s - τ o ) <Δa min . Therefore, the output of the calculator value Δa set simulation parameters requires a = Δa min and V Ctrl = 0, a frequency offset using the LF block quadrature LO is performed on the value Δf i, which depends on the modulation chirp parameter ( "Transforming a radar signal HIL multipath propagation modeling" , AS Bokov, et al. - “Reliability and quality of complex systems.” Penza: PSU, 2017. No. 3. P. 60-67), namely, from the sign and slope of the frequency change:

Δfi = 2 (Kf (Ro – R) – Vf)/c,Δf i = 2 (K f (Ro - R) - V r f) / c,

где Kf  = df/dt – крутизна изменения частоты зондирующего сигнала с ЛЧМ; Ro= τс/2 – минимальная реализуемая имитатором дальность; R – требуемая имитируемая дальность; f – мгновенная частота зондирующего сигнала, для широкополосных сигналов можно использовать сигнал ЧМ детектора, тогда f = |Fг ± f(t)|, где знак «±» зависит от выбранных настроек фильтров и квадратурного смесителя имитатора.where K f = df / dt is the steepness of the frequency change of the probing signal with chirp; Ro = τ o с / 2 - the minimum range implemented by the simulator; R is the required simulated range; f is the instantaneous frequency of the probing signal, for broadband signals, you can use the FM detector signal, then f = | Fg ± f (t) |, where the sign “±” depends on the selected settings of the filters and the quadrature mixer of the simulator.

Значение крутизны (со знаком) может быть получено при анализе изменения сигнала f(t) с выхода ЧМ детектора предлагаемого имитатора, в том числе в режиме реального времени. Возможный способ реализации цифровых АМ и ЧМ детекторов, с уменьшенным временем анализа, приведен также в описании широкополосного повторителя сигналов с малой задержкой («Wideband low latency repeater and methods». WO2013/184232 A1. Дата приоритета: 08.06.2012).The value of the slope (signed) can be obtained by analyzing the change in the signal f (t) from the output of the FM detector of the proposed simulator, including in real time. A possible way to implement digital AM and FM detectors, with reduced analysis time, is also given in the description of a low-delay wideband signal repeater (“Wideband low latency repeater and methods”. WO2013 / 184232 A1. Priority date: 08.06.2012).

Использование заданного ненулевого сдвига фазы Δϕi позволяет снизить возможные эффекты фазовой нестабильности формируемого отраженного сигнала («Effect of DRFM Phase Response on the Doppler Spectrum of a Coherent Radar: Critical Implications and Possible Mitigation Techniques», Herselman, Nel, Cilliers. – CSIR, 2006), возникающие при дискретном характере изменения дальности. Как было сказано, в предлагаемом устройстве имитация задержек менее собственной задержки имитатора выполняется за счет сдвига частоты Δfi, который при ПЦС имеет некоторую дискретность, зависящую от точности выбранных методов и компонентов для реализации НЧ квадратурного гетеродина («Уменьшение дискретной ошибки цифрового метода имитации задержки отраженных радиолокационных сигналов», Боков А.С. и др. – сборник трудов ИРЭМВ-2017, DOI: 10.1109/RSEMW.2017.8103635). При имитации задержек более собственной задержки имитатора дискретность изменения дальности отсутствует, но использование дополнительного сдвига фазы Δϕi позволяет имитировать более сложные условия/нестабильности распространения в воздушной среде и отражения сигнала от различных типов поверхности без дополнительной коррекции коэффициентов ЦФФ Uk.The use of a predetermined non-zero phase shift Δϕ i allows to reduce the possible effects of phase instability of the reflected signal being generated (“Effect of DRFM”, Herselman, Nel, Cilliers. - CSIR, 2006). ) arising from the discrete nature of the range change. As it was said, in the proposed device, imitation of delays less than the imitator's own delay is due to the frequency shift Δf i , which, when DSP has some discreteness, depends on the accuracy of the selected methods and components for the implementation of the low-frequency quadrature local oscillator radar signals ”, AS Bokov et al. - collection of works IREVR-2017, DOI: 10.1109 / RSEMW.2017.8103635). When imitating delays of a more intrinsic delay of the simulator, there is no discreteness of the range change, but the use of an additional phase shift Δϕ i makes it possible to simulate more complex conditions / propagation instabilities in air and signal reflections from various types of surface without additional correction of the DFF coefficients U k .

Таким образом, сигнал (Iout, Qout) соответствует отраженному сигналу от подвижного по дальности радиопортрета цели (поверхности для имитируемой высоты JIA). Он преобразуется в аналоговую форму в двухканальном ЦАП. Затем в квадратурном модуляторе переносится в исходную область радиочастот, и ослабляется в регулируемом аттенюаторе на величину Ei для имитации затухания, соответствующего дальности и средней ЭПР имитируемой сцены ФЦО. Thus, the signal (Iout, Qout) corresponds to the reflected signal from the target moving radio portrait of the target (the surface for the simulated height JIA). It is converted to analog form in a two-channel DAC. Then, in the quadrature modulator, it is transferred to the original radio frequency region, and is attenuated in the adjustable attenuator by the value of E i to simulate the attenuation corresponding to the range and the average EPR of the simulated FC.

Сформированный выходной сигнал X(t) далее подается на выход имитатора, для переизлучения передающей антенной имитатора в направлении приемной антенны радиолокатора либо подается непосредственно во входную цепь приемника радиолокатора при лабораторном тестировании.The generated output signal X (t) is then fed to the output of the simulator to re-emit the transmitting antenna of the simulator in the direction of the receiving antenna of the radar or fed directly into the input circuit of the receiver of the radar during laboratory testing.

Цифровая часть имитатора, от АЦП до ЦАП включительно, может быть реализована с использованием отдельных микросхем, либо с использованием комплексных решений – «систем на кристалле», например с технологиями «цифровой сигнальной памяти» (digital signal memory – DSM), радиочастотной памяти (DRFM), Radio-on-Chip или System-on-Chip (SoC). Для реализации функций ЦОС, включая амплитудное и частотное детектирование, FIFO, цифровую модуляцию и фильтрацию может быть использована программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС). Например, ПЛИС XC7Z045 семейства Zynq-7000 содержит специализированные блоки ЦОС с высокой разрядностью сигналов, а также двухъядерный процессор ARM CORTEX A9 1 ГГц, программное обеспечение которого сможет выполнять имитацию сценария, вычислять параметры имитации и эффективно управлять всеми блоками ЦОС в режиме реального времени (прототип, «Комплекс полунатурного моделирования для сквозных испытаний, тестирования и проверки бортовых радиолокационных систем и устройств», Боков А.С. и др. – труды Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2018. Т.1. С. 40-45).The digital part of the simulator, from ADC to DAC inclusive, can be implemented using separate microcircuits, or using complex solutions - "systems on a chip", for example, with digital signal memory (DSM) technologies, radio frequency memory (DRFM) ), Radio-on-Chip or System-on-Chip (SoC). To implement the functions of DSP, including amplitude and frequency detection, FIFO, digital modulation and filtering can be used programmable logic integrated circuit (FPGA). For example, the XC7Z045 FPGA of the Zynq-7000 family contains specialized DSP blocks with high signal width, as well as an ARM CORTEX A9 1 GHz dual-core processor, whose software will be able to simulate a script, calculate simulation parameters, and effectively manage all DSP blocks in real time (prototype , “A semi-natural modeling complex for end-to-end testing, testing and testing of airborne radar systems and devices,” AS Bokov et al. - Proceedings of the International Symposium “Reliability and Quality.” Enza, 2018. V. 1. S. 40-45).

Квадратурные смесители/модуляторы, гетеродины/синтезаторы, усилители/аттенюаторы и фильтры для согласования уровней и диапазона рабочих частот (например, с сигналами гетеродинов) известны из уровня техники для радиопромышленной технологии, поэтому могут быть выбраны из известных комплектующих изделий фирм Analog Devices, Hittite, IDT, Maxim Integrated, Qorvo, Texas Instruments и др. или спроектированы в соответствии с рекомендациями по построению радиочастотных трактов радиолокаторов используемого частотного диапазона.The quadrature mixers / modulators, heterodyne / synthesizers, amplifiers / attenuators and filters for matching the levels and range of working frequencies (for example, with the signals of the local oscillators) are known from the prior art for radio industry technology, therefore they can be chosen from well-known components from Analog Devices, Hittite, IDT, Maxim Integrated, Qorvo, Texas Instruments, etc., or designed in accordance with the recommendations for the construction of radio frequency paths of the radars used frequency range.

При стационарных испытаниях, удобно непосредственное подключение кабелей к исследуемой радиолокационной системе без использования антенн. В случае использования общей приёмо-передающей антенны можно использовать циркулятор, антенный переключатель со стробированием работы, например по пороговой оценке уровня сигнала S(t) на выходе АМ детектора имитатора.During stationary tests, it is convenient to directly connect cables to the radar system under investigation without using antennas. In the case of using a common receiving-transmitting antenna, you can use a circulator, an antenna switch with operation gating, for example, by a threshold estimate of the signal level S (t) at the AM output of the simulator detector.

Claims (1)

Имитатор отражённых радиолокационных сигналов, характеризующийся тем, что содержит предварительный фильтр, регулируемый усилитель, квадратурный смеситель, двухканальный АЦП, ОЗУ выборок сигнала, первый и второй формирователь адреса, цифровой формирующий фильтр, комплексный умножитель, двухканальный ЦАП, квадратурный модулятор, регулируемый аттенюатор, вычислитель параметров имитации, блок АМ и ЧМ детекторов, ОЗУ коэффициентов фильтра, НЧ квадратурный гетеродин, ВЧ гетеродин, синтезатор 1-ой тактовой частоты, синтезатор 2-ой тактовой частоты, задатчик 2-ой тактовой частоты, вычислитель текущей разности, блок сравнения задержек, блок имитации сценария со следующими соединениями: входной зондирующий радиосигнал А(t) через предварительный фильтр и регулируемый усилитель соединен с первым радиочастотным входом квадратурного смесителя, со вторым входом которого соединён выход ВЧ гетеродина Fг, выход (Iin, Qin) квадратурного смесителя соединён с аналоговым входом квадратурного сигнала двухканального АЦП, со вторым тактовым входом которого соединён выход синтезатора 1-ой тактовой частоты Ft1, этот же выход также соединен со входом первого формирователя адреса, выход двухканального АЦП (I, Q) через блок АМ и ЧМ детекторов соединен с 1-м и 2-м задающими входами S(t) и f(t) вычислителя параметров имитации, 3-й задающий вход которого соединен с выходом блока имитации сценария, выход двухканального АЦП (I, Q) также соединен с входом ОЗУ выборок сигнала, с тактовыми входами записи азап и считывания асч которого соединены выходы первого и второго формирователей адреса, также эти выходы формирователей адреса через вычислитель текущей разности соединены с первым входом Δa блока сравнения задержек, со вторым входом которого соединен выход Δaтреб вычислителя параметров имитации, выход ОЗУ выборок сигнала соединен с сигнальным входом (Ir, Qr) цифрового формирующего фильтра, выход которого (Io, Qo) через комплексный умножитель соединен с входом (Iout, Qout) двухканального ЦАП, выход блока сравнения задержек через задатчик 2-ой тактовой частоты соединен с входом синтезатора 2-ой тактовой частоты, выход которого Ft2 соединен с входом второго формирователя адреса и вторым тактовым входом двухканального ЦАП, выход которого соединён с аналоговым входом (Iw, Qw) квадратурного модулятора, со вторым входом которого соединён выход ВЧ гетеродина Fг, вычислитель параметров имитации своими вычисленными значениями на выходе Uk через ОЗУ коэффициентов фильтра соединен со вторым входом цифрового формирующего фильтра, выходами Δfi и Δϕi через НЧ квадратурный гетеродин соединен со вторым входом комплексного умножителя, выходом Vупр соединен с управляющим входом задатчика 2-ой тактовой частоты, выходом (fmin, fmax) соединен с управляющим входом предварительного фильтра, выходом E0 соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, а выходом Ei соединен с управляющим входом регулируемого аттенюатора, радиочастотный вход которого соединен с выходом квадратурного модулятора, а выход которого X(t) является сформированным конечным сигналом имитатора.Reflected radar signal simulator, characterized in that it contains a prefilter, adjustable amplifier, quadrature mixer, two-channel ADC, RAM signal samples, first and second address drivers, digital shaping filter, complex multiplier, two-channel DAC, quadrature modulator, adjustable attenuator, calculator of parameters imitations, AM and FM detectors, RAM of filter coefficients, low frequency quadrature local oscillator, high frequency local oscillator, 1 clock frequency synthesizer, 2 clock frequency synthesizer stota, 2nd clock frequency adjuster, current difference calculator, delay comparing unit, scenario simulation block with the following connections: radio input signal A (t) through a pre-filter and adjustable amplifier connected to the first radio frequency input of the quadrature mixer, the second input of which is connected the output of the RF local oscillator Fg, the output (Iin, Qin) of the quadrature mixer is connected to the analog input of the quadrature signal of the two-channel ADC, the second clock input of which is connected to the second clock input of the synthesizer th frequency Ft 1, the same output is also connected to the input of the first driver address output two-channel ADC (I, Q) through the block AM and FM detectors connected to the 1st and the 2nd predetermined inputs S (t) and f (t) calculator simulation parameters, 3rd defining input coupled to an output simulation script unit, an output two-channel ADC (I, Q) is also connected to the input of RAM signal samples with the clock inputs of the recording and zap and reading and MF are connected outputs of the first and second shapers Addresses, as well as these outputs of the address formers through the calculator the gaps of the difference are connected to the first input Δa of the delay comparison unit, the second input of which is connected to the output Δa of the simulation parameters calculator, the output of the RAM of the signal samples is connected to the signal input (Ir, Qr) of the digital shaping filter, the output of which (Io, Qo) is via the complex multiplier connected to the input (Iout, Qout) of a two-channel D / A converter, the output of the delay comparison unit is connected to the input of the second clock frequency synthesizer through the 2nd clock frequency generator, the output of which Ft 2 is connected to the input of the second address driver and the second clock in the two-channel D / A converter, whose output is connected to the analog input (Iw, Qw) of the quadrature modulator, with the second input of which is connected to the output of the RF heterodyne Fg, the calculator of simulation parameters with its calculated values of the output U k is connected via the RAM of the filter coefficients to the second input of the digital shaping filter, outputs Δf i and Δϕ i through the low-frequency quadrature local oscillator is connected to the second input of the complex multiplier, output V control is connected to the control input of the unit of the 2nd clock frequency, output (f min , f max ) is connected to the control The pre-filter input, output E 0 is connected to the control input of the adjustable amplifier, and output E i is connected to the control input of the adjustable attenuator, the radio-frequency input of which is connected to the output of the quadrature modulator, and the output X (t) is the generated final signal of the simulator.
RU2019104945U 2019-02-21 2019-02-21 SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS RU189247U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104945U RU189247U1 (en) 2019-02-21 2019-02-21 SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104945U RU189247U1 (en) 2019-02-21 2019-02-21 SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU189247U1 true RU189247U1 (en) 2019-05-17

Family

ID=66549749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019104945U RU189247U1 (en) 2019-02-21 2019-02-21 SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU189247U1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111289952A (en) * 2020-03-27 2020-06-16 华清瑞达(天津)科技有限公司 Radar target echo simulation method and device
RU199926U1 (en) * 2020-06-11 2020-09-29 Иван Андреевич Родичев Radar transceiver module
RU2738249C1 (en) * 2019-10-18 2020-12-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов" (АО "НИИ ТП") Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system
RU2747883C1 (en) * 2020-11-02 2021-05-17 Виктор Андреевич Кузнецов Method for simulating radio signal
CN114325606A (en) * 2021-11-17 2022-04-12 西安电子科技大学 Multi-system agile radar radio frequency echo signal simulation method
RU2776663C1 (en) * 2022-01-12 2022-07-22 Акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" (АО "НПЦ ТВП") Method for simulation of echoes of moving target in detection zone of tested radar station
US20230076301A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-09 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Testing device for testing a distance sensor that operates using electromagnetic waves

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624846B1 (en) * 1997-07-18 2003-09-23 Interval Research Corporation Visual user interface for use in controlling the interaction of a device with a spatial region
RU42327U1 (en) * 2004-07-19 2004-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" RADAR SIGNAL SIMULATOR
US20120235858A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Src, Inc. Radar apparatus calibration via individual radar components
EP2596378A1 (en) * 2010-07-21 2013-05-29 Elettronica S.p.A. Process for automatically calibrating wideband microwave modules"
RU2522502C1 (en) * 2012-12-10 2014-07-20 Открытое Акционерно Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Synthetic aperture radar signal simulator
RU2676469C1 (en) * 2018-01-09 2018-12-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Radar target simulator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624846B1 (en) * 1997-07-18 2003-09-23 Interval Research Corporation Visual user interface for use in controlling the interaction of a device with a spatial region
RU42327U1 (en) * 2004-07-19 2004-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" RADAR SIGNAL SIMULATOR
EP2596378A1 (en) * 2010-07-21 2013-05-29 Elettronica S.p.A. Process for automatically calibrating wideband microwave modules"
US20120235858A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Src, Inc. Radar apparatus calibration via individual radar components
RU2522502C1 (en) * 2012-12-10 2014-07-20 Открытое Акционерно Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Synthetic aperture radar signal simulator
RU2676469C1 (en) * 2018-01-09 2018-12-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Radar target simulator

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738249C1 (en) * 2019-10-18 2020-12-11 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов" (АО "НИИ ТП") Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system
CN111289952A (en) * 2020-03-27 2020-06-16 华清瑞达(天津)科技有限公司 Radar target echo simulation method and device
CN111289952B (en) * 2020-03-27 2023-08-15 华清瑞达(天津)科技有限公司 Radar target echo simulation method and device
RU199926U1 (en) * 2020-06-11 2020-09-29 Иван Андреевич Родичев Radar transceiver module
RU2747883C1 (en) * 2020-11-02 2021-05-17 Виктор Андреевич Кузнецов Method for simulating radio signal
US20230076301A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-09 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Testing device for testing a distance sensor that operates using electromagnetic waves
US11940556B2 (en) * 2021-09-09 2024-03-26 Dspace Gmbh Testing device for testing a distance sensor that operates using electromagnetic waves
RU2787576C1 (en) * 2021-10-28 2023-01-11 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Radiolocation target simulator
CN114325606A (en) * 2021-11-17 2022-04-12 西安电子科技大学 Multi-system agile radar radio frequency echo signal simulation method
RU2776663C1 (en) * 2022-01-12 2022-07-22 Акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" (АО "НПЦ ТВП") Method for simulation of echoes of moving target in detection zone of tested radar station
RU2826601C1 (en) * 2024-03-01 2024-09-13 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Device for simulating radio emission sources with arbitrary types of signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU189247U1 (en) SIMULATOR OF REFLECTED RADAR SIGNALS
US10317518B2 (en) Phased array radar systems for small unmanned aerial vehicles
CN105467369B (en) A kind of target echo simulation method and apparatus
IL261489A (en) Optical phasograms for ladar vibrometry
CN112558497B (en) Anti-interference digital simulation method and system for radar altimeter
US4730191A (en) Radar simulation
CN110376559B (en) Single-channel radar main lobe multi-source interference separation method, device and equipment
Bokov et al. Development and evaluation of the universal DRFM-based simulator of radar targets
US6069582A (en) Method and apparatus for synthesizing multi-channel radar or sonar data
CN113454480A (en) Method for operating a test device for testing a distance sensor operating with electromagnetic waves and corresponding test device
RU2568899C2 (en) Radar target simulator when probing with primarily long signals
Gerstmair et al. Highly efficient environment for FMCW radar phase noise simulations in IF domain
Fernandes Implementation of a RADAR System using MATLAB and the USRP
CN116381629A (en) Radar large-scale target simulation system and method based on real-time dynamic convolution
Bokov et al. Generation of Radar Ground Clutter Echoes with Jakes' Doppler Spectrum on FPGA
RU186130U1 (en) MULTIFUNCTIONAL RADAR TARGET SIMULATOR
Akçapınar et al. CM-CFAR parameter learning based square-law detector for foreign object debris radar
Stolle et al. Multiple-target frequency-modulated continuous-wave ranging by evaluation of the impulse response phase
Bokov et al. Improving the Accuracy of Digital Simulation of the Radio Signal Propagation Delay
RU2676469C1 (en) Radar target simulator
RU2787576C1 (en) Radiolocation target simulator
Trivedi et al. On the Techniques for Functional Test and Performance Evaluation of FMCW Based Radio Altitude Sensor
GB2544753A (en) Transceiver Circuits
Bokov et al. Signal channel mixing for simulation of extended radar objects
Kracvhenko et al. Justification of W-band FMCW radar functional blocks parameters using high-level system model

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190609