CN111812604B - 一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器。该模拟器包括：基准信号源选择模块、频率合成模块、毫米波模块、底层硬件控制模块和主控计算机模块；基准信号源选择模块的信号输出端与频率合成模块的信号输入端连接；频率合成模块的信号输出端与毫米波模块的信号输入端连接；频率合成模块和毫米波模块均通过总线与主控计算机模块进行数据交互。发明提供的模拟器具有工作频率高、频带宽的特点，即可以较好的保证输出的毫米波目标特征信号与外部相位参考基准时钟的相参性，又可以保证较好的相噪和杂散性能。并且，在保证信号完全相参的前提下，产生相位噪声低、频率分辨率高、频带宽的Ka波段信号，同时能模拟不同运动速度的目标回波信号。

Description

一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器

技术领域

本发明涉及毫米波导引头装备领域，特别是涉及一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器。

背景技术

随着现代雷达技术的发展，雷达的工作频段已经从米波段扩展到毫米波段，雷达的工作体制也从简单的脉冲体制雷达发展到脉冲多普勒雷达和脉冲压缩等新体制全相参雷达。由于全相参雷达自身的优越性，相参雷达已经被广泛地应用于各种运动平台的武器系统中，成为现代战争中对敌侦察和作战的重要手段。毫米波雷达导引头与其他导引头相比具有以下良好性能：

由于波长很短，可获得很窄的波束，因此它的分辨率较高；具有较好的全天候工作能力；具有很强的抗干扰能力；因毫米波雷达体积小、质量轻、功耗小，因此有利于模块化。全相参雷达利用目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，可以从很强的杂波背景中检测出目标回波，并能精确测速。

由于雷达目标模拟器可以逼真的模拟战场上复杂的电磁环境，因此，为了对雷达系统进行测试和评估，一般都配有先进的雷达目标模拟器。目前世界上许多国家都在花巨资研制各种雷达目标模拟器。

国外从七十年代就建立了雷达系统模拟实验室，其仿真波段覆盖制导系统的全部波段，包括厘米波模拟器、毫米波模拟器、激光模拟器、红外光电模拟器、GPS模拟器、惯性中断模拟器等。美国己有两百多家公司在研制模拟器，每年投资多亿美元。

美国的KOR Electronics公司的数字化雷达目标模拟器采用先进的VME总线结构等最新的计算机和DSP技术、系统化模块设计，可以同时产生大量逼真的目标、杂波和干扰回波，能够提供数字中频、射频形式的雷达回波信号。KOR公司的雷达目标模拟器的主机采用基于奔腾处理器的PC机，软件采用了图形化界面，可以完成杂波环境的设置及维护功能。图形化界面允许操作人员利用工具库中的目标、杂波、天线方向等组件方便地定义雷达回波环境，可以通过用户定义输入或修改保存到库中的数据文件。主机同时可以检测并控制雷达环境模拟过程。由于目标模拟器采用VME总线结构，因此以工业标准、高速、模块化地解决方案，解决了与复杂雷达系统实时接口地问题。这种结构也扩充了系统的兼容性，通过微处理器和DSP技术增强了系统的性能，可以根据需要灵活扩充系统。

美国Sensis公司为AN/TPS远距离警戒雷达研制的雷达目标模拟器，由一台Solaris Sparcv2.6工作站和一组雷达模拟器硬件设备组成。它可以根据预先设定的雷达环境为雷达实时提供包含目标、杂波和电子对抗信息在内的射频信号，以满足雷达工程设计验证和调试的需要。目标模拟器可以在实验室、工厂、训练和外场中建立任意雷达环境；能够根据用户设置模拟30个目标，目标可以有闪烁、起伏、不同轨迹等特性；可通过设置杂波区、多普勒频移、分向、起伏、空间分布等参数模拟气象杂波、地杂波、海杂波和干扰；提供天线以逼真地模拟实战场景。

美国Malibu Research公司开发的用于AN/TPQ-36和AN/TPQ-37迫击炮火控雷达目标模拟器，由一台计算机和雷达信号模拟器硬件系统构成。该模拟器可以为雷达的调试和测试提供数字视频、中频、射频形式的信号；其天线模型包括电扫描和机械扫描的各种扫描技术；模拟的雷达回波环境包括目标、噪声、杂波(地、海、气象)、电子战、欺骗干扰等；支持LFM/NLFM、PSK等多波形编码方式，支持调频连续波(FMCW)的脉冲宽度范围为0.1us～300s，脉冲重复频率(pulse repetition frequency，PRF)范围为100Hz～200K Hz，多普勒分辨力为1Hz。

HP公司利用其专用设备和专利产品生产了并行频率捷变信号模拟装置(FrequencyAgile Signal Simulator，FASS)的X波段雷达动目标信号模拟器，可以输出9GHz～11GHz的射频信号，同时产生和、方位差和俯仰差三个通道的目标信号。

具有代表性的雷达模拟器仿真软件是美国Camber公司开发的用于AWG-9、AW G-10等近20种雷达系统的模拟与仿真的软件Radar Toolkit，它提供了陆地环境、海洋环境、气象环境、照射模式、敌我识别等模块，可以模拟的雷达效果包括：雷达高度、姿态、距离衰减、大气衰减和天线方向图，可以模拟的雷达参数与信号处理效果包括：信号频率、距离范围、脉冲宽度、发射功率和干扰等。Camber公司于2001年利用Radar Toolkit为Raytheon公司Airborne Stand-Off Radar研制了目标产生器和雷达模拟器，实现平台为WindowNT。

国内从上世纪90年代开始相继有很多有关雷达信号模拟器的研究报告，有很多单位研制出了各种类型的雷达模拟器。电子部十所于1994年采用单片TMS320C25实现的高精度全可编程雷达视频回波模拟器，可以视频模拟正交的带限噪声、杂波和各种频率的多普勒目标回波信号。

北航和航空部601所于1999年研制了一种通用型雷达目标模拟器。该通用型雷达目标模拟器采用两台高稳定度的频率合成微波信号源，分别作为回波信号和杂波信号载波源，通过计算机控制视频信号脉冲延时和多普勒频移，模拟了雷达与目标之间的不同距离及相对速度。模拟器收发共用一副天线，天线安装在可旋转结构上，以检测雷达角度跟踪能力。

中科大电子工程系于2000年研制的毫米波目标模拟器，主要包括：主控计算机、目标模拟器、射频分机、运动支架结构和飞行转台等部分，可以为线性调频连续波体制雷达提供相干的毫米波射频回波信号，中心频率为35GHz，回波功率具有100dB动态范围和0.1dBm的步进量，但其只适合毫米波连续波体制线性调频雷达，不适用于毫米波脉冲体制相参雷达。

电子科技大学研制了毫米波高分辨率脉冲雷达信号模拟器，该模拟器包括：软件建模和硬件波形产生器，可模拟雷达系统在各种环境下的回波信号、杂波和噪声，且能提供经相干解调后的正交视频信号，可作为信号处理和显示系统的调试工具。该模拟器是中国首次完成的3mm高分辨力脉冲雷达信号源。系统机内噪声小，I、Q两路一致性好。它能模拟多种环境下的回波信号、杂波和噪声，可用于信号处理机和显示系统的调试试用，是雷达性能检测不可少的设备。

西安电子科技大学设计的雷达目标与杂波模拟器，采用波形存储和重放技术，可用于调试单脉冲跟踪雷达及测试其性能。它所产生的目标视频回波信号沿方位和距离方向均可移动，并可使该目标回波处在噪声及杂波的背景中，也可模拟雷达在搜索和跟踪各个工作状态时的视频回波信号，完成对雷达的搜索、截获和跟踪全过程的调试和杂波环境下雷达的检测、跟踪性能的测试。

近年来，陆续开发了一系列合成信号发生器，技术上有了进一步的提高，频率范围一直拓展到了110GHz，并将宽带同轴连续覆盖提高到40GHz。中国电子科技集团公司第41所在已有的微波合成信号源的基础上，进行了毫米波扩频，推出了AV12411、AV12413等毫米波信号发生器。

但是，这些产品仅能够工作在点频方式下，不能产生与雷达完全相参的射频信号，只能将其看做是标准的毫米波信号源，并不能模拟雷达的脉内调制特性，并且用户只能设置输出固定频率，远远不能满足对毫米波雷达性能进行测试的要求。

因此，提供一种能够产生与雷达完全相参的射频信号、模拟雷达的脉内调制特性的毫米波目标模拟器，以满足对毫米波雷达性能进行测试的要求，是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器，能够产生与雷达完全相参的射频信号、模拟雷达的脉内调制特性，进而满足对毫米波雷达性能进行测试的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器，包括：基准信号源选择模块、频率合成模块、毫米波模块、底层硬件控制模块和主控计算机模块；

所述基准信号源选择模块的信号输出端与所述频率合成模块的信号输入端连接；所述频率合成模块的信号输出端与所述毫米波模块的信号输入端连接；所述频率合成模块和所述毫米波模块均通过总线与所述主控计算机模块进行数据交互；

所述基准信号源选择模块用于切换工作模式和选择基准信号；所述工作模式包括全相参工作模式和非相参工作模式；所述基准信号包括相参基准信号和非相参基准信号；

所述频率合成模块用于产生毫米本振信号和基带信号，并用于对所述毫米本振信号和所述基带信号进行上混频，得到毫米波线性调频信号；

所述毫米波模块用于根据所述毫米波线性调频信号生成Ka波段射频信号，并用于对所述Ka波段射频信号进行脉冲调制后生成输出信号；

所述底层硬件控制模块用于控制所述输出信号的功率；

所述主控计算机模块用于根据用户键入数据生成控制数据，并用于将所述控制数据通过总线分别发送给所述频率合成模块和所述底层硬件控制模块；所述控制数据包括：频率控制指令、功率衰减控制指令和波形调制控制指令。

优选的，所述基准信号源选择模块包括：选择开关和基准信号功分器；

所述选择开关与所述基准信号功分器连接；所述基准信号功分器与所述频率合成模块连接。

优选的，所述频率合成模块包括：频率合成器、直接数字式频率合成芯片、频率控制电路和上变频器；

所述频率合成器的信号输入端和所述直接数字式频率合成芯片的信号输入端均与所述基准信号源选择模块的信号输出端连接；所述频率合成器的信号输出端和所述直接数字式频率合成芯片的信号输出端均与所述上变频器的信号输入端连接；所述上变频器的信号输出端与所述毫米波模块的信号输入端连接；所述频率合成器和所述直接数字式频率合成芯片均与所述频率控制电路进行数据交互；

所述频率合成器用于根据所述基准信号产生毫米波点频信号；所述直接数字式频率合成芯片用于根据所述基准信号产生基带信号；所述基带信号包括线性调频信号和多普勒频谱信号；

所述频率控制电路用于控制所述频率合成器和所述直接数字式频率合成芯片生成特定的毫米波点频信号和特定的基带信号；

所述上变频器用于对所述毫米本振信号和所述基带信号进行上混频，得到毫米波线性调频信号。

优选的，所述毫米波模块包括：倍频器、放大器、衰减单元和调制器；

所述倍频器的信号输入端与所述频率合成模块的信号输出端连接；所述倍频器的信号输出端与所述放大器的信号输入端连接；所述放大器的信号输入端与所述衰减单元的信号输入端连接；所述衰减单元的信号输出端与所述调制器的信号输入端连接；所述调制器的信号输出端与射频输出端连接；

所述倍频器用于根据所述毫米波线性调频信号生成Ka波段射频信号；所述放大器用于对所述Ka波段射频信号进行放大，得到放大后的Ka波段射频信号；所述衰减单元用于将所述放大后的Ka波段射频信号的功率调节到预设范围；所述调制器用于对调节功率后的、放大后的Ka波段射频信号进行脉冲调制，生成输出信号。

优选的，所述底层硬件控制模块包括：功率控制单元和调制波形产生单元；

所述功率控制单元和所述调制波形产生单元均与所述毫米波模块连接；

所述功率控制单元用于对所述输出信号的输出功率进行控制；所述调制波形产生单元用于提供同步脉冲，生成脉冲调制信号。

优选的，所述功率控制单元包括：定标衰减控制电路和功率衰减控制电路；

所述定标衰减控制电路和所述功率衰减控制电路均与所述毫米波模块连接；所述定标衰减控制电路和所述功率衰减控制电路均通过总线与所述主控计算机模块进行数据交互。

优选的，所述主控计算机模块包括：输入单元和PC104嵌入式计算机；

所述输入单元与所述PC104嵌入式计算机连接；

所述输入单元用于键入工作参数；所述工作参数包括：工作模式、功率衰减值和脉冲延时值；所述PC104嵌入式计算机用于根据所述工作参数生成控制数据。

优选的，还包括：远程控制接口模块；

所述远程控制接口模块与所述主控计算机模块进行数据交互；

所述远程控制接口模块用于实现雷达与所述复合导引头全相参毫米波目标模拟器、远程控制设备与复合导引头全相参毫米波目标模拟器间的信息交互和信号远程传输。

优选的，还包括：电源模块和自检模块；

所述电源模块用于为所述复合导引头全相参毫米波目标模拟器提供电能；所述自检模块用于检测各模块间的通信是否正常。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、在保证信号完全相参的前提下，产生相位噪声低、频率分辨率高、频带宽的Ka波段信号；

2、能模拟不同运动速度的目标回波信号，并叠加相应的多普勒频移输出，且距离随运动速度而变化；

3、能模拟产生脉内线性调频信号；

4、能在一个射频通道内模拟产生三个目标回波信号，且脉冲延时、脉冲宽度、重复频率、运动速度等参数分别可设；

5、能模拟后拖干扰信号、连续波干扰信号和同频异步干扰信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的提供的功率定标控制原理图；

图3为本发明实施例提供的功率衰减控制原理图；

图4为本发明实施例提供的远程控制接口模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器前面板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器后面板的结构示意图。

符号说明：

1基准信号源选择模块，1-1选择开关，1-2基准信号功分器，2-频率合成模块，2-1频率合成器，2-2直接数字式频率合成芯片(DDS)，2-3频率控制电路，2-4上变频器，3毫米波模块，3-1放大器，3-2定标衰减器，3-3定向耦合器，3-4衰减器，3-5调制器，4底层硬件控制模块，4-1定标衰减控制电路，4-2功率衰减控制电路，4-3调制波形产生电路，5主控计算机模块，5-1输入单元，5-2PC104嵌入式计算机，5-3显示屏，6远程控制接口模块，7电源模块，8自检模块，9总线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器，以能够产生与雷达完全相参的射频信号、模拟雷达的脉内调制特性，进而满足对毫米波雷达性能进行测试的要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器的结构示意图，如图1所示，一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器，包括：基准信号源选择模块1、频率合成模块2、毫米波模块3、底层硬件控制模块4和主控计算机模块5。

基准信号源选择模块1的信号输出端与频率合成模块2的信号输入端连接。频率合成模块2的信号输出端与毫米波模块3的信号输入端连接。频率合成模块2和毫米波模块3均通过总线9与主控计算机模块5进行数据交互。

基准信号源选择模块1用于切换工作模式和选择基准信号。工作模式包括全相参工作模式和非相参工作模式。基准信号包括相参基准信号和非相参基准信号。

频率合成模块2用于产生毫米本振信号和基带信号，并用于对毫米本振信号和基带信号进行上混频，得到毫米波线性调频信号。

毫米波模块3用于根据毫米波线性调频信号生成Ka波段射频信号，并用于对Ka波段射频信号进行脉冲调制后生成输出信号。

底层硬件控制模块4用于控制输出信号的功率。

主控计算机模块5用于根据用户键入数据生成控制数据，并用于将控制数据通过总线9分别发送给频率合成模块2和底层硬件控制模块4。控制数据包括：频率控制指令、功率衰减控制指令和波形调制控制指令。

其中，本发明所采用的总线9优选为ISA总线，但不限于此。

优选的，基准信号源选择模块1包括：选择开关1-1和基准信号功分器1-2。

选择开关1-1与基准信号功分器1-2连接。基准信号功分器1-2与频率合成模块2连接。

基准信号功分器1-2相当于把选择开关1-1选择后的单一基准信号变成了两个一样的信号送到频率合成模块2中。

在本发明中，基准信号源模块主要是通过选择开关1-1，实现全相参和非相参工作模式的切换。当本发明提供的模拟器选用被检测相参雷达提供的100MHz相参基准信号作为模拟器的基准时钟时，模拟器工作在相参模式，可以提供与被测雷达完全相参的信号。当选择模拟器内部100MHz非相参基准信号作为模拟器基准时钟时，模拟器工作在非相参模式。

优选的，频率合成模块2包括：频率合成器2-1、直接数字式频率合成芯片2-2(DDS芯片，Direct Digital Synthesizer)、频率控制电路2-3和上变频器2-4。其中，频率合成器2-1优选为DDS激励PLL的频率合成器2-1。

频率合成器2-1的信号输入端和直接数字式频率合成芯片2-2的信号输入端均与基准信号源选择模块1的信号输出端连接。频率合成器2-1的信号输出端和直接数字式频率合成芯片2-2的信号输出端均与上变频器2-4的信号输入端连接。上变频器2-4的信号输出端与毫米波模块3的信号输入端连接。频率合成器2-1和直接数字式频率合成芯片2-2均与频率控制电路2-3进行数据交互。

频率合成器2-1用于根据基准信号产生毫米波点频信号。直接数字式频率合成芯片2-2用于根据基准信号产生基带信号。基带信号包括线性调频信号和多普勒频谱信号。

频率控制电路2-3用于控制频率合成器2-1和直接数字式频率合成芯片2-2生成特定的毫米波点频信号和特定的基带信号。

上变频器2-4用于对毫米本振信号和基带信号进行上混频，得到毫米波线性调频信号。

频率合成模块2中DDS激励PLL的频率合成器2-1只产生毫米波点频信号，其频率为毫米波高频信号，也称为本振信号。另外一块单独DDS芯片主要产生线性调频信号和多普勒频率，其频率为中频信号，也称为基带信号。上变频器2-4的作用就是将DDS激励PLL的频率合成器2-1产生的毫米波本振信号与DDS芯片产生的基带信号进行上混频，相当于将基带信号调制到本振信号的频率上。例如：DDS激励PLL的频率合成器2-1产生一个频率为35GHz的毫米波点频信号，DDS芯片产生一个带宽为20MHz的线性调频信号，频率为0MHz-20MHz，那么经上变频器2-4进行上混频后，得到的毫米波线性调频信号为一个中心频率为35GHz、带宽为20MHz的线性调频信号，其频率范围为34990MHz-35010 MHz。

因频率合成模块2中的DDS及频率合成器2-1都需要基准信号作为参考源，那么，如果基准信号选择来自被测雷达的100MHz相参信号，则频率合成器2-1产生的信号与被测雷达信号间有固定相位关系，即为相参工作模式。如果基准信号选择来自频率选择模块内部的非相参100MHz信号，则频率合成器2-1产生的信号与被测雷达信号间没有固定相位关系，即为非相参工作模式。

由于本发明提供的模拟器主要用来测相参雷达的性能，而线性调频信号和多普勒频率为相参雷达常见的信号形式，所以需产生线性调频、多普勒频率等信号用来模拟相参雷达信号。

优选的，毫米波模块3包括：倍频器、放大器3-1、衰减单元和调制器3-5。

倍频器的信号输入端与频率合成模块2的信号输出端连接。倍频器的信号输出端与放大器3-1的信号输入端连接。放大器3-1的信号输入端与衰减单元的信号输入端连接。衰减单元的信号输出端与调制器3-5的信号输入端连接。调制器3-5的信号输出端与射频输出端连接。

倍频器用于根据毫米波线性调频信号生成Ka波段射频信号。放大器3-1用于对Ka波段射频信号进行放大，得到放大后的Ka波段射频信号。衰减单元用于将放大后的Ka波段射频信号的功率调节到预设范围。调制器3-5用于对调节功率后的、放大后的Ka波段射频信号进行脉冲调制，生成输出信号。

其中，衰减单元包括定标衰减器3-2、定向耦合器3-3和衰减器3-4。

毫米波模块3主要是利用一个4倍频器产生该目标模拟器所需的Ka波段射频信号，该信号中含有多普勒频移信号。然后使用放大器3-1对射频信号进行放大后，输出信号被送到衰减单元，在衰减器3-4控制信号下使用调制器3-5将功率调节到工作所需的范围，生成输出信号。其中，放大器3-1优选为4倍频放大器。

因输出信号为经调制器3-5调制后的脉冲信号，所以输出信号的脉宽、重频、功率、延时等参数可进行设置，输出信号的中心频率、线性调频、多普勒频率等频率特征也可以在软件界面中进行设置。

优选的，底层硬件控制模块4包括：功率控制单元和调制波形产生单元。

功率控制单元和调制波形产生单元均与毫米波模块3连接。

功率控制单元用于对输出信号的输出功率进行控制。调制波形产生单元用于提供同步脉冲，生成脉冲调制信号。

其中，上述功率控制单元包括：定标衰减控制电路4-1、功率衰减控制电路4-2和调制波形产生电路4-3。

定标衰减控制电路4-1和功率衰减控制电路4-2均与毫米波模块3连接。定标衰减控制电路4-1和功率衰减控制电路4-2均通过总线9与主控计算机模块5进行数据交互。

调制波形产生电路4-3主要功能是为整个系统提供定时基准，即提供同步脉冲。同时，产生多个延时、脉宽、运动速度、信号波形以及重频分别可控的调制信号。

定标衰减控制电路4-1和功率衰减控制电路4-2通过对衰减单元的控制，来完成对毫米波输出信号功率的控制。输出信号的功率控制可以模拟由目标远近和目标起伏特性引起的功率变化。

本发明提供的功率控制单元的设计思路和设计过程具体如下：

由于选用的VCO振荡频率较高、带宽宽以及带内功率随着工作温度、环境的起伏比较大，同时受电路自身微波器件驻波特性和插损特性的影响，输出信号的“频率—功率”特性曲线不可能做到理想的平坦直线状态。毫米波相参雷达目标模拟器工作在不同频点时输出功率的大相径庭，对雷达导引头的测试来说，显然非常不利。因此，有必要对输出信号的功率进行统一化，以保证在3GHz的工作带宽内，各频点信号对应的输出功率基本相同。另一方面，多个目标信号以及多种干扰信号的强弱，是通过对输出信号功率大小的控制来实现的，因此对输出功率进行衰减也是必需的。

基于上述设计要求，功率控制单元中的主控电路板可以由功率检波器、12位A/D、12位D/A、数据锁存器、电流驱动、衰减单元等构成。其中，A/D采用AD7476A。D/A采用AD9752。数据锁存器在FPGA(Spartan3E XC3S500E)内完成。电流驱动采用AD8021。衰减单元和检波器是在微波机箱内，其余器件均在功率控制电路板上。

而因为功率定标是实现系统输出功率归一化的方法，即通过在衰减单元加预设值的方法，将整个系统输出功率的衰减起点统一，从而使毫米波相参雷达目标模拟器在进行测试或计量时有统一的标准。

功率定标是一个闭环的控制过程，首先要寻找判据。以往的功率定标采用功率探头来实现，其缺点是速度慢、成本高、可控性不佳。基于这一缺点，本发明提供的模拟器采用以功率检波电平为判据进行功率定标，该方法具有实现思路清晰，电路简单，定标速度快，可控性好等优点。

功率检波电平由功率检波器检波给出，与振荡源的输出功率成一定对应关系，虽然随温度变化稍有波动，但可以认为误差在允许范围内。功率检波器的频率特性比较明显，在选用时要选宽带器件，既要满足雷达模拟器的带宽要求，还要保证在整个频带上检波电平输出处在检波输出线性区(功率检波器的输出可以大致分为饱和区、线性区和噪声淹没区)。

功率定标电路的构成如图2所示，功率定标是一个闭环的控制过程，实现控制要先寻找判据，设计功率定标控制程序。本目标模拟器定标功率为7dBm，其工作过程如下：

从0dB衰减开始，用递增的功率衰减码逐渐增大定标衰减器3-2的衰减量，同时在射频信号的输出端用功率计检测微波输出功率，以及在电路中通过检波、A/D等环节采集微波输出功率数据。当输出功率显示为7dBm时，即保存当时的A/D数据和功率衰减码。此时的A/D数据将作为实际的功率定标时的判据，而此时的功率衰减码可作为功率定标的起始控制码。当模拟器启动功率定标功能后，功率检波器将不断把对应微波功率大小的检波电平值经过A/D转换后得到的功率衰减码输入给计算机，计算机比较输入与判据的大小，然后输出指令去调节定标衰减器3-2的衰减量，直至检波电平值与判据相符。

当通过调节定标衰减器3-2的衰减量，在系统的输出端口用功率计测得输出功率为7dBm时，功率检波器将对应有一个输出电平值，再通过A/D转换得到该电平值的二进制码，然后把该二进制码作为判据，写进计算机控制程序。

温度探头测量环境温度，对功率衰减作温补作用。检波器在这里起着功率探头的作用，减小探测误差的关键之一，是选动态大、带宽宽、线形好的检波器，同时，对检波器的频响特性和温度特性，将在控制程序里作补偿。

因功率衰减的动态范围要求是100dB，衰减单元由两个衰减器串接而成。当功率衰减小于或等于50dB时，只启用一个衰减器。当功率衰减要求大于50dB时，则由一衰减器(定标衰减器3-2)先固定衰减50dB，剩余的由另一衰减器(衰减器3-4)接着衰减。

功率自动衰减的实现是以重复周期作为时间单位的。先由PC104根据雷达重复周期和功率衰减速度的要求，计算出以重复周期为单位的功率变化步长，再查表找出对应的功率衰减控制码，并专门列成临时工作表。开始工作后，PC104不断查询同步脉冲的到达情况，同步脉冲一到，便以临时工作表的顺序查得衰减控制码，并送去控制衰减器3-4。下一个同步脉冲到达时，再查下一个衰减控制码。自动功率衰减的起始与终止应与回波脉冲的延时(目标运动模拟)一致，因此，起始功率的设定由面板键盘输入。而终止功率值则取决于衰减速度与延时范围，由延时结束信号通知。

功率控制的核心是向衰减器3-4发送适当的衰减码，达到控制输出功率的目的。PC104根据目标远近以及目标截面积起伏特性计算出对应的衰减码，然后将衰减码并行发给主控电路板，由主控电路板经D/A转换后形成模拟电平，经驱动后变成电流信号控制衰减器3-4进行衰减，从而实现对目标功率的实时控制。功率衰减控制原理如图3所示。

由此，所设计得到的功率控制单元包括：主控电路板、定标衰减控制电路4-1和功率衰减控制电路4-2，以能够对毫米波信号的输出功率进行精确控制。

优选的，主控计算机模块5包括：输入单元5-1和PC104嵌入式计算机5-2。

输入单元5-1与PC104嵌入式计算机5-2连接。

输入单元5-1用于键入工作参数。工作参数包括：工作模式、功率衰减值和脉冲延时值。PC104嵌入式计算机5-2用于根据工作参数生成控制数据。

其中，本发明提供的输入单元5-1优选为面板键盘。

通过面板键盘对模拟器的各种参数(包括工作方式、脉冲延时、运动速度、功率衰减等)进行设置，PC104嵌入式计算机5-2接收面板键盘传来的信息后，通过软件处理，将控制数据通过ISA总线发送给底层硬件控制模块4，同时将模拟器的各种参数在显示屏5-3上显示。

为了便于对模拟器进行远程操控，本发明提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器还可以包括：远程控制接口模块6。

远程控制接口模块6与主控计算机模块5进行数据交互。

远程控制接口模块6用于实现雷达与复合导引头全相参毫米波目标模拟器、远程控制设备与复合导引头全相参毫米波目标模拟器间的信息交互和信号远程传输。

该远程控制接口模块6具有RS422和GPIB接口，其内部植入的远程控制系统可完成对目标模拟器的程控。远程控制接口模块6的主要功能是实现雷达与模拟器、远程控制设备与模拟器的信息交换和信号远程传输时的变换。远程控制接口模块6的具体结构如图4所示。图4中的雷达控制信号DB15主要包括线性调频时的脉宽选择信号和调频带宽信号。

此外，为了对模拟器的结构进行进一步完善，本发明提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器还包括：电源模块7和自检模块8。

电源模块7用于为复合导引头全相参毫米波目标模拟器提供电能。自检模块8用于检测各模块间的通信是否正常。

其中，电源模块7包括：大功率可控硅电路和电压检测电路，以能够使本发明体用的模拟器具有自动检测的能力，且能稳定地输出模拟器所需的各种供电电压，具有完善地保护电路，使模拟器具有过压、过流等保护能力。

在各个功能模块中设置包括有自动检测和采样电路的自检模块8，其目的是为了便于装备人员对雷达模拟器进行实时维护和维修。例如，电源模块7中设置有电源的检测和采样电路，毫米波模块3中设置有频率检测电路、射频输出功率检测电路、软硬件通信测试电路和锁相环检测电路。

各种自检电路在PC104嵌入式计算机5-2和程序软件的控制下，按照设计的工作节拍对各模块、各级电路进行自动采样和检测，并将采集的各种信号经初步加工处理，变换为计算机可识别的信号形式，然后送到PC104嵌入式计算机5-2。各种自检指令和信号在PC104嵌入式计算机5-2中经逻辑运算后，输出给模拟器的各个模块，完成开机时自检、工作检测和按预设程序进行本机自检的功能，经计算机处理后的故障信息送到面板功能选择和逻辑控制单元，并在显示器上显示出来。

本发明提供的模拟器的工作频率高、频带宽，即可以较好的保证输出的毫米波目标特征信号与外部相位参考基准时钟的相参性，又可以保证较好的相噪和杂散性能。

由于信号源带宽较宽，则使得带内功率起伏较大，同时要求输出信号的功率控制能模拟由目标远近和目标起伏特性引起的功率变化。这对功率定标提出了很高要求，必须要有高稳定性能的衰减单元和快捷、精确的数控电路以及高效的控制算法保障。

作为本发明的另一实施例，本发明提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器的前面板的具体结构如图5所示，后面板的具体结构输入图6所示。

此外，在本发明提供的复合导引头全相参毫米波目标模拟器中产生多目标和多种干扰信号的方法具体如下：

在当前的毫米波雷达测试中，为了检测毫米波导引头的目标选择性能以及抗干扰性能，都需要两台毫米波信号源。例如：为了检测毫米波导引头的抗距离后拖干扰性能，需要将两台信号源调为外触发工作状态，微调好其频率，其中一信号源的延时调为70μs左右，输出功率高于雷达捕捉灵敏度15dB左右，将另一信号源的延时调为60μs左右，输出功率调为–10dBm，并且要以大于等于1μs/1s以上的速度向后移。这种测试方法一方面成本比较高，另一方面操作也比较繁琐。

为了降低成本，同时也为了使测试更加简便，本发明提供的模拟器增加了对多个目标和多种干扰信号的模拟，实现了在单个高频通道内产生多个目标以及多种干扰信号的功能，大大地降低了成本。本发明提供的模拟器利用大规模可编程逻辑器件FPGA，模拟实现了多个雷达射频回波和多种干扰信号，提供了在复杂电磁环境下对导引头性能的综合测试手段。

为了在一路高频通道中实现多个目标和后拖干扰、同频异步和连续波干扰信号，这就需要对每个信号的功率进行实时控制。本发明提供的模拟器采用数字功率管理技术，可以产生复杂的控制信号，而且大大简化控制接口电路。其中，雷达目标回波的参数主要包括功率、脉宽和距离。将雷达信号功率(衰减量)和调制器3-5的控制码组成雷达“特征字”。该特征字由两部分组成：功率码和目标指示。功率码用来控制衰减器3-4的衰减量，目标指示用来控制调制器3-5的通断。

当输出某个目标时，根据该目标的指示码得出其功率控制码，当调制器3-5打开时，该功率码被加到定标衰减器3-4上。而当另一个目标输出时也同样先得到其功率控制码，然后加到衰减器3-4上去。这样多个目标的功率就分别可控，在功率控制上满足了多目标的要求。采用这种方法对衰减器3-4的响应时间要求很高，因为模拟回波脉冲的持续时间较短，如果衰减器3-4的响应时间太长，实际输出功率与设定的功率会有很大差别。

后拖干扰、同频异步干扰和连续波干扰的实现方法与多目标是类似的，也是采用数字功率管理的办法，对每种干扰信号的功率进行分别控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，包括：基准信号源选择模块、频率合成模块、毫米波模块、底层硬件控制模块和主控计算机模块；

所述基准信号源选择模块的信号输出端与所述频率合成模块的信号输入端连接；所述频率合成模块的信号输出端与所述毫米波模块的信号输入端连接；所述频率合成模块和所述毫米波模块均通过总线与所述主控计算机模块进行数据交互；

所述基准信号源选择模块用于切换工作模式和选择基准信号；所述工作模式包括全相参工作模式和非相参工作模式；所述基准信号包括相参基准信号和非相参基准信号；

所述频率合成模块用于产生毫米本振信号和基带信号，并用于对所述毫米本振信号和所述基带信号进行上混频，得到毫米波线性调频信号；

所述毫米波模块用于根据所述毫米波线性调频信号生成Ka波段射频信号，并用于对所述Ka波段射频信号进行脉冲调制后生成输出信号；

所述底层硬件控制模块用于控制所述输出信号的功率；

所述主控计算机模块用于根据用户键入数据生成控制数据，并用于将所述控制数据通过总线分别发送给所述频率合成模块和所述底层硬件控制模块；所述控制数据包括：频率控制指令、功率衰减控制指令和波形调制控制指令。

2.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，所述基准信号源选择模块包括：选择开关和基准信号功分器；

所述选择开关与所述基准信号功分器连接；所述基准信号功分器与所述频率合成模块连接。

3.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，所述频率合成模块包括：频率合成器、直接数字式频率合成芯片、频率控制电路和上变频器；

所述频率合成器的信号输入端和所述直接数字式频率合成芯片的信号输入端均与所述基准信号源选择模块的信号输出端连接；所述频率合成器的信号输出端和所述直接数字式频率合成芯片的信号输出端均与所述上变频器的信号输入端连接；所述上变频器的信号输出端与所述毫米波模块的信号输入端连接；所述频率合成器和所述直接数字式频率合成芯片均与所述频率控制电路进行数据交互；

所述频率合成器用于根据所述基准信号产生毫米波点频信号；所述直接数字式频率合成芯片用于根据所述基准信号产生基带信号；所述基带信号包括线性调频信号和多普勒频谱信号；

所述频率控制电路用于控制所述频率合成器和所述直接数字式频率合成芯片生成特定的毫米波点频信号和特定的基带信号；

所述上变频器用于对所述毫米本振信号和所述基带信号进行上混频，得到毫米波线性调频信号。

4.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，所述毫米波模块包括：倍频器、放大器、衰减单元和调制器；

所述倍频器的信号输入端与所述频率合成模块的信号输出端连接；所述倍频器的信号输出端与所述放大器的信号输入端连接；所述放大器的信号输入端与所述衰减单元的信号输入端连接；所述衰减单元的信号输出端与所述调制器的信号输入端连接；所述调制器的信号输出端与射频输出端连接；

所述倍频器用于根据所述毫米波线性调频信号生成Ka波段射频信号；所述放大器用于对所述Ka波段射频信号进行放大，得到放大后的Ka波段射频信号；所述衰减单元用于将所述放大后的Ka波段射频信号的功率调节到预设范围；所述调制器用于对调节功率后的、放大后的Ka波段射频信号进行脉冲调制，生成输出信号。

5.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，所述底层硬件控制模块包括：功率控制单元和调制波形产生单元；

所述功率控制单元和所述调制波形产生单元均与所述毫米波模块连接；

所述功率控制单元用于对所述输出信号的输出功率进行控制；所述调制波形产生单元用于提供同步脉冲，生成脉冲调制信号。

6.根据权利要求5所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，所述功率控制单元包括：定标衰减控制电路和功率衰减控制电路；

所述定标衰减控制电路和所述功率衰减控制电路均与所述毫米波模块连接；所述定标衰减控制电路和所述功率衰减控制电路均通过总线与所述主控计算机模块进行数据交互。

7.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，所述主控计算机模块包括：输入单元和PC104嵌入式计算机；

所述输入单元与所述PC104嵌入式计算机连接；

所述输入单元用于键入工作参数；所述工作参数包括：工作模式、功率衰减值和脉冲延时值；所述PC104嵌入式计算机用于根据所述工作参数生成控制数据。

8.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，还包括：远程控制接口模块；

所述远程控制接口模块与所述主控计算机模块进行数据交互；

所述远程控制接口模块用于实现雷达与所述复合导引头全相参毫米波目标模拟器、远程控制设备与复合导引头全相参毫米波目标模拟器间的信息交互和信号远程传输。

9.根据权利要求1所述的复合导引头全相参毫米波目标模拟器，其特征在于，还包括：电源模块和自检模块；

所述电源模块用于为所述复合导引头全相参毫米波目标模拟器提供电能；所述自检模块用于检测各模块间的通信是否正常。

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