CN115219999B - 一种宽带低杂散炮弹模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带低杂散炮弹模拟系统，包括主机、操控终端和天线。该系统同时具有炮弹弹道模拟功能和构建电磁干扰信号环境功能。解决了现有构建电磁干扰信号环境功能和炮弹模拟功能不可一体化实现的问题；解决了现有技术宽带杂散电平难以达到60dBc的问题；解决了现有大部分方案中干扰带宽指标只能1GHz的问题；解决了现有大部分方案适应信号带宽大部分只能1GHz的问题；用简便的方法实现的炮弹弹道模拟功能；且该设备干扰样式丰富，能模拟多种地面、低空活动目标以及空中弹丸目标。

Description

一种宽带低杂散炮弹模拟系统

技术领域

本发明属于炮弹弹道模拟及干扰技术领域，具体的是一种宽带低杂散炮弹模拟系统。

背景技术

随着技术的发展进步，炮兵部队装备了大量炮位侦察校射雷达，其性能优异，但目前面临只有在实弹射击条件下才能进行系统训练的尴尬局面，训练成本高。因此有必要研制“炮弹弹道模拟训练设备”，通过模拟的弹道目标回波信号保障炮位侦察校射雷达操作手在非实弹射击条件下的训练，有效降低训练成本，解决目前炮位侦察校射雷达只能在实弹演习期间才能全系统训练的困境。此外侦察校射雷达针对复杂电磁环境进行训练的手段缺乏，无法保障雷达操作手使用跳频、转天线、电磁静默等反干扰措施的科目训练，因此有必要在炮弹弹道模拟训练设备的基础上构建电磁干扰信号环境，包括噪声干扰、欺骗干扰以及组合干扰，训练雷达操作手在电磁干扰环境下识别目标的能力，提高操作员应用雷达反干扰措施的技能。

现有技术方案实现炮弹弹道模拟功能和构建电磁干扰信号环境功能通常是通过两台主机来实现，而且设备体积较大，重量较重；目标模拟信号杂散难以达到60dBc；干扰带宽大部分只能1GHz；适应信号带宽大部分只能1GHz；炮弹弹道模拟功能实现所需硬件繁多，且实现方式复杂。

发明内容

本发明提供了一种宽带低杂散炮弹模拟系统，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种宽带低杂散炮弹模拟系统，包括：

主机，所述主机用于产生试验所需的目标和干扰信号；

操控终端，所述操控终端采用人机界面交互，设置试验所需的目标和干扰信号参数，通过网络下发至主机，对主机进行远程操控；

天线，所述天线用于不同波段射频信号的接收和发射；包括多个设置在天线上的天线振子，通过升降杆调节天线振子的高度，模拟产生不同角度的目标。

进一步地，所述主机包括：主控单元、信号产生单元、微波变频单元、收发功放单元、单比特单元和电源单元；

所述主控单元将操控终端下发的参数及控制指令解析后发送至信号产生单元；所述信号产生单元根据主控单元输出的目标信号参数产生试验所需的雷达射频目标回波模拟和雷达干扰信号；所述微波变频单元实现2-18GHz信号的上下变频，并为信号产生单元和主控单元提供数字处理时钟信号；所述收发功放单元对2-18GHz射频信号进行接收及滤波放大，并将微波变频单元输出的射频信号经功率放大后送传至天线；所述单比特单元用于快速测频以及频率快速引导；所述电源单元为主控单元、信号产生单元、微波变频单元、收发功放单元和单比特单元提供电能。

进一步地，所述信号产生单元包括目标信号产生模块和干扰信号产生模块；

所述目标信号产生模块包括数字储频模块、技术产生器、数字混频模块和时钟分配网络；时钟分配网络采用高速AD芯片采集经过微波下变的中频雷达信号，并通过技术产生器对数字储频模块及数字混频模块进行控制，从而产生所需的具有多普勒调制信息的中频信号，再经由DA芯片转换为目标模拟信号，将该信号送至微波变频单元进行上变频。

进一步地，所述干扰信号产生模块包括欺骗干扰产生模块和压制干扰产生模块；

所述欺骗干扰产生模块根据主控单元输出的干扰样式和干扰参数产生试验所需要的各种欺骗干扰信号；所述压制干扰产生模块根据设定的干扰样式、干扰参数以及单比特单元提供的频率引导信息，控制DDS产生各种噪声干扰信号。

进一步地，所述微波变频单元包括射频接收模块、射频调制模块和频合模块；

所述射频接收模块用于接收被试雷达的射频信号实现对雷达射频信号的限幅、衰减、放大和平稳接收；所述射频调制模块用于对信号产生单元产生的目标和干扰信号的中频信号进行上变频、滤波和通道选择，然后送至收发功放单元进行功率放大后再经天线辐射出去；所述频合模块为射频接收模块、射频调制模块提供变频所需的本振信号，并为信号产生提供所需的时钟基准信号，使整机时钟统一。

进一步地，所述射频接收模块包括限幅器、可调衰减器、带通滤波器、变频网络和放大电路；

限幅器对外部大信号的限幅及后级电路的抗烧毁保护作用；可调衰减器进行信号功率调节，实现大动态接收；带通滤波器对外部非雷达信号的滤除；变频网络主要完成信号的频率搬移作用；放大电路保证混频前后的信号功率。

进一步地，所述射频调制模块包括变频网络、滤波器、开关选择网络和数控衰减器；

采用数控衰减器实现输出动态，变频网络、滤波器和开关选择网络对信号产生单元产生的目标和干扰信号的中频信号进行上变频、滤波和通道选择，而后送至收发功放单元进行功率放大后再经天线辐射出去。

进一步地，所述频合模块包括晶振、PDRO、PLL、功分器、放大器、滤波器、控制电路；

通过晶振产生基准时钟，并通过PDRO及PLL产生高频时钟信号，送至功分器产生多个所需的本振信号，而后通过放大滤波电路再输出；控制电路负责其内部的控制。

进一步地，所述天线包括S波段天线阵、C/X波段天线阵和Ku波段天线阵，主机通过配备不同的天线即可实现对不同波段炮兵雷达的目标和干扰训练。

进一步地，还包括有配套附件，所述配套附件包括随行包装箱和通信电缆，系统采用直流和/或交流供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、具有炮弹弹道模拟功能和构建电磁干扰信号环境功能，解决了现有构建电磁干扰信号环境功能和炮弹模拟功能不可一体化实现的问题。其中，目标模拟主要分距离、角度、功率、多普勒等四个维度分别调制解调。

距离延迟设计为硬件DLVA电路，该电路响应及时、稳定可靠，整体延迟仅30ns左右，初始误差极小，为后续距离解算提供了高精度时间基准，距离延迟解算利用FPGA实现，FPGA采用300MHz时钟，每次解算时间短达3.333ns，可实现高精度、连续稳定的距离变化。

角度模拟灵活、稳定，天线阵采用固定间隔一体化设计，每个天线之间的距离在设计之初就固定不变，为角度的变化提供稳定、高精度的实现基础，不因人员装配不同而导致角度模拟不准确。系统在参数设定时可根据实际架设情况和雷达情况进行参数调整，预解算出每个轨迹所需要用到的天线阵码字，通过硬件电路对天线阵进行逐雷达回波脉冲的切换，在任意场景下均能够按设定的角度和轨迹模拟出假目标运动方式。

功率模拟稳定可靠，对目标进行功率预解算，通过对数控衰减的控制实现功率的起伏变化。数控衰减衰减本质为开关切换，受温度、振动等影响小，高速开关调制稳定，不会因程序变化或者通信速率问题导致输出功率变化；系统可对硬件电路进行校准，选择最合适的功率码字，保证功率的准确和稳定。

系统中多普勒变化采用独立多普勒通道实现，独立多普勒信号能够产生更精准的频偏信息，根据系统设计多普勒能够达到1Hz精度。独立多普勒通道通过硬件混频方式同雷达回波信号进行叠加，能够逐脉冲灵活变化，准确模拟出每一个雷达回波的信号速度信息，且不受外部信号以及其他因素的影响。

2、干扰样式使用全开放式的可调参数接口，干扰样式具有欺骗、噪声以及组合等样式，能够对欺骗、噪声等干扰详细参数进行调制，可设定欺骗干扰参包括有干扰假目标数量、位置、速度、功率、间隔、多普勒干扰、脉冲切片等参数；可设定噪声参数包含有频率、带宽、功率、扫频周期、驻留时间等信息；在试验训练场中可以同时产生炮弹模拟信号和干扰信号，为部队的对抗训练提供灵活的干扰样式，对装备的性能状态有定量的认知。

3、可以实现在超宽波段内目标信号杂散抑制比达到60dBc；同时可以实现干扰带宽达到2GHz；可以模拟多种地面、低空活动目标以及空中弹丸目标。

附图说明

图1为一种宽带低杂散炮弹模拟系统结构框图；

图2为主机组成框图；

图3为信号产生单元组成框图；

图4为目标信号产生电路框图；

图5为压制干扰产生模块组成框图；

图6为主控单元控制解算模块原理组成框图；

图7为数字接收机组成原理框图；

图8为天线架设场景示意图；

图9为S波段天线阵列示意图；

图10为C/X波段天线阵示意图；

图11为Ku波段天线阵示意图；

图12为主机DC供电场景示意图；

图13为主机AC供电场景示意图；

图14为接收通道电路原理框图；

图15为发射通道电路原理框图；

图16为炮弹模拟功能原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所做的修改和替换，拘束于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

如图1所示，一种宽带低杂散炮弹模拟系统，包括主机、操控终端、天线和配套附件。主机用于产生试验所需的目标和干扰信号；操控终端采用人机界面交互，设置试验所需的目标和干扰信号参数，通过网络下发至主机，对主机进行远程操控；天线用于不同波段射频信号的接收和发射，包括多个设置在天线上的天线振子，通过升降杆调节天线振子的高度，模拟产生不同角度的目标；配套附件为整个炮弹弹道模拟及干扰一体化电子对抗设备的附属设备，主要包括电源数据线缆和携行包装箱。

如图2所示，主机包括主控单元、信号产生单元、微波变频单元、收发功放单元、单比特单元和电源单元。

主控单元是基于ARM Cortex-A9内核处理器和FPGA结构的国产SoC处理板，该国产处理板具有双核Cortex-A9处理器，FPGA架构拥有1.3M可编程逻辑门阵。主控单元的核心模块为控制解算模块，主要包括电平转换、接口、参数解算、AXI寄存器组、EDW分选识别、FIFO缓冲、DMA传输、ARM控制器等部分。电平转换部分实现外部信号电平到控制解算模块的电平转换；接口部分进行数据缓存，实现时钟域的转换功能，同时提供复位信号；参数解算部分实现干扰和辐射源的报文解析以及参数计算；AXI寄存器组部分实现ARM控制器通过AXI总线对参数解算部分的参数配置；EDW分选识别部分实现雷达脉冲描述字的参数滤波和数据库比对处理，实现信号分选；FIFO缓冲部分实现数据的缓存，为DMA传输提供缓存区；DMA传输部分实现数据内部的高速传输；ARM控制器部分实现数据存储、报文数据解析、接口通信等功能。控制解算模块组成框图如图6所示。

信号产生单元主要由一块K7处理板构成，其组成如图3所示。信号产生单元包括目标信号产生模块和干扰信号产生模块，用作目标信号产生时根据主控单元输出的目标信号参数产生试验所需要的目标回波信号，通过实时结算目标距离、角度、速度逼真模拟出目标回波信号；用作干扰信号产生时能够根据侦察的信号快速产生典型的干扰样式。

目标信号产生模块由数字储频模块、技术产生器、数字混频模块、时钟分配网络、接口电路等组成，主要功能是利用高速AD芯片采集经过微波下变的中频雷达信号，并通过技术产生器对数字储频模块及数字混频模块进行控制，从而产生所需的具有多普勒调制信息的中频信号，再经由DA芯片转换为目标模拟信号，而后将信号送至微波变频单元进行上下变频。目标信号产生需要提供处理时钟2.2GHz，输入信号频率范围为300-500MHz，其基本电路原理图如图4所示。

干扰信号产生模块包括欺骗干扰产生模块和压制干扰产生模块。具体的：

欺骗干扰产生模块的核心为数字储频，用作欺骗干扰产生时可根据主控单元输出的干扰样式和干扰参数产生试验所需要的各种欺骗干扰信号，包括速度拖引干扰、距离拖引干扰、距离（多）假目标干扰、密集假目标、应答式速度（多普勒）闪烁干扰、距离和速度组合、多普勒噪声、多普勒频移干扰、运动假目标干扰、随机假目标干扰等。

欺骗干扰信号的产生是在控制电路的控制下，根据显示控制计算机提供的控制命令、干扰样式和干扰参数，按照干扰规律计算欺骗干扰的时延和多普勒频率，为了逼真地模拟欺骗干扰信号，在中频调制单元内设有程控衰减器，可对干扰信号的幅度进行实时控制。

压制干扰产生模块主要是根据设定的噪声干扰样式、干扰参数以及控制解算单元提供的频率引导信息，控制DDS产生各种噪声干扰信号，包括瞄准式噪声干扰、阻塞式噪声干扰、间断噪声干扰、梳状噪声干扰、扫频噪声干扰和杂乱脉冲干扰。噪声干扰产生模块主要由噪声调制器、宽带DDS模块、控制接口电路等组成，其组成框图如图5所示。

微波变频单元包括射频接收模块、射频调制模块和频合模块，主要实现上下变频，同时为信号产生单元提供数字处理时钟信号，覆盖2-18GHz。具体的：

射频接收模块主要接收被试雷达的射频信号实现对雷达射频信号的限幅、衰减、放大和平稳接收，同时将射频输入信号功分一路送至单比特单元进行快速测频引导，另一路与固定本振混频至1.5-2.5GHz，滤波放大后功分两路：第一路经过对数检波器产生信号产生单元数字储频板需要的检波TTL信号，同时预留一路模拟监测口；第二路与快速可变本振混频至300-500MHz后再经滤波放大后送至数字储频模块，作为产生目标信号或欺骗干扰信号的中频输入。

上述技术方案中，射频接收模块主要由限幅器、可调衰减器、带通滤波器、变频网络、放大电路等组成。其中限幅器主要完成对外部大信号的限幅及后级电路的抗烧毁保护作用；可调衰减器进行信号功率调节，实现大动态接收；带通滤波器主要完成对外部非雷达信号的滤除；变频网络主要完成信号的频率搬移作用；放大电路保证混频前后的信号功率。

射频调制模块由变频网络、滤波器、开关选择网络和数控衰减器组成，采用数控衰减器实现输出动态，主要是对信号产生单元产生的目标和干扰信号的中频信号进行上变频、滤波和通道选择，而后送至收发功放单元进行功率放大后再经天线辐射出去。

欺骗通道：将信号产生单元产生的目标信号300~500MHz，经由固定本振和10M步进慢本振混频至1.5GHz~2.5GHz，再由不同的固定本振混频至射频相应频段。根据设计要求天线划分为S波段、C/X波段和Ku波段，在上变频时将2.6-3.6G信号单独放大衰减后输出送至S波段射频输出口，将5-6G信号单独放大衰减后输出送至C波段射频输出口、将8.5-10.5GHz、8.97-9.97GHz、9.5-10.5GHz、10-11GHz经开关选通后统一放大衰减后送至X波段射频输出口，将15.5-16.5 GHz、16.2-17.2GHz、17-18GHz经开关选通后统一放大衰减后送至Ku波段射频输出口。

噪声通道：将信号产生单元产生的干扰信号1.15GHz~2.15GHz和固定本振混频至9~10GHz，再通过二倍频至18~20GHz，最后再由不同的本振混频至射频相应的频段。根据设计要求天线划分为S波段、C/X波段和Ku波段，在上变频时将2.6-3.6G信号单独放大衰减后输出送至S波段射频输出口，将5-6G信号单独放大衰减后输出送至C波段射频输出口、将8.5-10.5GHz、9-11GHz经开关选通后统一放大衰减后送至X波段射频输出口，将15.5-17.5GHz、15.7-17.7GHz、16-18GHz经开关选通后统一放大衰减后送至Ku波段射频输出口。

频合模块包括晶振、PDRO、PLL、功分器、放大器、滤波器、控制电路；通过晶振产生基准时钟，并通过PDRO及PLL产生高频时钟信号，并送至功分器产生多个所需的本振信号，而后通过放大滤波电路再输出；控制电路主要负责其内部的控制。

收发功放单元具有接收能力同时又具备放大发射功能。工作时受控于数字单元实时切换收发开关，处于接收状态时接收外部信号，限幅后经低噪放送微波变频单元，发射时将射频调制单元合路输出的目标信号或干扰信号进行功率放大并送天线辐射至被试设备。该单元覆盖2-18GHz，集成S波段、C波段、X波段和Ku波段收发功放模块，各波段收发功放模块分别配合S波段天线、C/X波段天线、Ku波段天线实现对炮兵雷达的目标及干扰试验。各频段收发模块包含三个射频端口和一个供电控制端口，其中三个射频端口分别为：1、接收射频信号送至微波变频单元进行下变频处理的射频口；2、通过数字单元控制收发开关实现收发切换的射频口，用以连接对应频段天线；3、接收来自微波变频单元上变频处理后的射频信号进行放大处理的射频口。

单比特单元接收外部输入的2~18GHz带宽的射频信号，射频信号进入接收机后首先进入宽带微波通道前端，宽带微波通道前端的主要功能是将接收到的大动态范围的射频信号变换到超高速采样处理板采样模块所需要的量程范围，超高速采样处理板的主要功能是实现将射频信号直接采样，凭借高效快速的数字信号处理算法和高速实时信号处理硬件平台完成对信号的快速实时测量，产生频率码和保宽脉冲等相关信息给后续引导设备，保证测频精度满足1MHz（r.m.s）。数字接收机原理组成框图如图7所示。

数字接收机软件具体包括雷达信号接收处理软件、雷达信号分选处理软件和雷达信号脉内分析软件。雷达信号接收处理软件主要完成频率测量、信号检测、PDW输出等功能；雷达信号分选处理软件单元主要完成PDW分选，生成雷达信号描述字的功能；雷达信号脉内分析软件主要完成指定辐射源脉内特征分析。

电源单元将外部DC 24V或AC 220V转化为微波变频单元、信号产生单元、主控单元、单比特单元各自所需的直流电压，以保证各单元模块能够正常工作。

本设备包括三套天线阵，分别为S波段天线阵、C/X波段天线阵和Ku波段天线阵。由比测大纲可知S波段雷达天线中心距离地面高度为5m±0.5m，C/X波段雷达天线中心距离地面高度为3m±0.5m，Ku波段雷达天线中心距离地面高度为3.5m±0.5m。

各波段天线架设距离：

由于设备需要模拟目标回波，检验雷达目标捕获、跟踪和弹道外推性能，模拟器放置位置必须满足天线的准远场条件，即模拟器与雷达距离满足

式中：R为模拟器与雷达距离，D2为天线口径面积，λ为信号波长。

S波段雷达：D=3.4m，R=120m；

X波段雷达：D2=3.0×2.3m，R=200m；（C波段雷达，R=300m）

Ku波段雷达：D2=0.8×0.9m，R=40m。

天线阵总高度：

雷达预留俯仰最低波束2°左右，考虑3°仰角，雷达天线中心高度为hr，得到线阵总高度HA=hr+R*tan(5°)，其中S波段hr=5m±0.5m，C/X波段hr=3m±0.5m，Ku波段hr=3.5m±0.5m，则各波段天线阵总高度计算如下：

S波段：HA=15.5m；X波段：HA=20.5m；Ku波段：HA=7m。

考虑到炮弹从遮蔽角以下升空，因此将线阵高度略微下降：

S波段：HA=15 （对应俯仰角度1.76°~4.76°）；

X波段：HA=20（对应俯仰角度1.86°~4.86°）；

Ku波段：HA=7（对应俯仰角度2°~5°）。

所以S波段选用升高15m的升降平台；C/X波段选用升高20m的升降平台；Ku波段选用升高7m的升降平台。

天线阵列长度及振子间隔：

考虑到天线俯仰跟踪范围大于3°，由于阵元之间夹角小于0.05°，因此阵元数大于60个。考虑到余量和二进制法则，阵元数取64个。结合天线阵列总高度，得到天线阵列长度（第1个阵元和第64个阵元之间距离）：

S波段：≥6.3051 m；X波段：≥10.5105 m；Ku波段：≥2.1027 m。

将上述长度除以阵元间隔数63，得到各振子间距：

S波段：≥100.1 mm；X波段：≥166.8 mm；Ku波段：≥33.4 mm。

考虑到加工误差，略作放大，设置各振子间距：

S波段：≥101 mm；X波段：≥168 mm；Ku波段：≥34.5 mm。

考虑到上下各留半个阵元的间隔，总天线阵列长度为阵元间距的64倍，得到天线阵列长度：

S波段：≥6.464 m；X波段：≥10.752 m；Ku波段：≥2.208 m。

考虑到便携性，设备闭合长度一般小于1.8米。因此将各波段天线阵列划分如下：

S波段：8段，每段8个单元，长度0.808 m；

X波段：8段，每段8个单元，长度1.344 m；

Ku波段：8段，每段8个单元，长度0.276 m。

配套附件包括随行包装箱和通信电缆，随行包装箱方便设备的运输，系统通过通信电缆连接电源进行供电，供电方式为直流供电或交流供电。具体的：

如图9所示，通过雷达车直流供电时，考虑雷达车与主机的距离需要对输出电压进行升压处理后传输。雷达车直流插头连接DC-DC升压模块，DC-DC升压模块通过轻型光电混装电缆分别同主机以及光端机相连，光端机再通过一根网络电缆同主机连接，供电线连接主机后经内部DC-DC降压模块后再进行供电。其中DC-DC升压模块的光纤接口直接通过光端机连接转换为网络电缆后连至操作终端。

如图10所示，将雷达车交流插头连接对接航插，通过轻型光电混装电缆分别同主机以及光端机相连，光端机再通过一根网络电缆同主机连接，供电线连接主机AC输入航插后给主机进行供电，对接航插的另外光纤接口直接通过光端机连接转换为网络电缆后连至操控终端。

本方案可实现在超宽波段内目标信号杂散抑制比达到60dBc；同时可以实现干扰带宽达到2GHz；可以模拟多种地面、低空活动目标以及空中弹丸目标。具体的：

杂散抑制比60dBc：

本设备频段包括S-Ku，接收通道具体频段分为：2.6-3.6GHz，5-6GHz，8.5-9.5GHz，8.97-9.97GHz，9.5-10.5GHz，10-11GHz，15.5-16.5GHz，16.2-17.2GHz，17-18GHz，下变频首先将各个频段信号与固定本振混频到1.5-2.5GHz，再与步进10MHz的慢本振混频到7.3-7.5GHz，再通过固定本振7GHz混频到300-500MHz，将瞬宽降至200MHz，从而保证下变频至中频信号瞬宽内杂散抑制比可以达到65dBc，且保证工作带宽还是S-Ku超宽带，通过超宽带接收机-单比特，侦察雷达信号引导微波切到对应本振，从而适应雷达的超宽带工作带宽；而后经过信号处理单元AD采样后DA回放数据，取信号处理单元杂散抑制比较好的一段200MHz的窄带信号，输出300-500MHz干扰/目标模拟信号，且保证中频输出信号杂散抑制比达到65dBc；再经由微波上变频到射频雷达信号，保证射频信号杂散抑制比达到60dBc。通过此方案，可以同时保证：a.利用单比特接收机快速引导且本振，从而适应超宽带的雷达工作带宽；b.在超宽带射频输入的情况下，考虑雷达瞬时带宽最大为200MHz，所以采用窄带200MHz作为瞬时带宽，且在信号处理单元的瞬宽内选择杂散抑制比较好的200MHz，从而保证在雷达的工作带宽内（S-Ku）射频输出杂散抑制比达到60dBc。

干扰带宽2GHz，且杂散抑制比优于40dBc：

本方案中频选取信号处理单元1.15-2.15GHz瞬时带宽为1GHz的信号，通过固定本振11.15GHz混频至9-10GHz，再通过二倍频至18-20GHz，最后通过不同波段选择不同本振混频至各个不同波段，并通过不同波段的滤波放大组，从而保证射频输出干扰带宽2GHz。

下变频方案设计为：

1、将各频段射频限号与跳频本振信号1混频得到1.5-2.5GHz后。

2、1.5-2.5GHz再与跳频本振2（7000-8000MHz 步进10MHz）混频得到5.4GHz-5.6GHz信号。

3、5.4GHz-5.6GHz与点频本振3（5.1GHz）混频得到各个频段的射频信号，滤波放大输出。

4、各本振频率如下表所示：

中频输出杂散优于60dBc：

变频电路的杂散来源主要有两种：一是本振带来的杂散，二是混频产生的杂散，所以要实现宽带低杂散主要就从控制这两方面杂散入手。

（1）控制本振杂散：本方案中的本振都采用锁相环加滤波放大电路产生，通过电源滤波和调节环路参数等方式我们使用的本振杂散都优于实测最终优于-65dBc，这就解决了第一个问题；

（2）控制混频产生的杂散：下变频一共有三次混频，其中第一次混频是将各频段的射频与跳频本振1混频得到一个中频频率，这就实现了宽带到窄带中频（1GHz）的变频，第二次混频是将1GHz带宽信号与本振2混频变成了200MHz带宽的射频信号，带宽进一步缩窄，有利于杂散的控制，第三次混频就是将200MHz带宽的射频信号变频到我们需要的300-500MHz中频信号。其中，第一次变频和第三次变频都是射频信号和本振信号混频得到中频信号，中频信号离射频和本振信号都比较远，很容易滤波，所以控制杂散的关键就在第二次混频，通过计算与测试摸底，我们选择了5.4-5.6GHz来作为中间的射频过渡频率，既能实现频率转换又能很好地控制杂散。

上变频方案设计为：

发射通道提供两路上变频通道可分别对两中频信号进行变频得到一路射频信号：

欺骗通道：

1、将300MHz-500MHz中频与FD输入2GHz（2GHz经过4倍频得到8GHz）混频得到7.5-7.7GHz后。

2、7.5-7.7GHz再与跳频本振4（5100-6100MHz 步进10MHz）混频得到1.5GHz-2.5GHz信号。

3、1.5GHz-2.5GHz与跳频本振1（频率见图15）混频得到各个频段的射频信号，滤波放大输出。

噪声通道：

1、将1.65±0.25GHz/1.65±0.5GHz中频与本振4（11.15GHz）混频得到9.25-9.75GHz/9-10GHz后。

2、9.25-9.75GHz/9-10GHz经过二倍频后得到18.5-19.5GHz/18-20GHz信号。

3、18.5-19.5GHz/18-20GHz信号与跳频本振5（频率见图15）混频得到各个频段的射频信号，滤波放大输出。

射频输出杂散优于60dBc（欺骗通道）：

与接收通道相反，欺骗通道将300-500MHz中频信号通过三次变频最终输出了宽带信号，杂散的控制也是跟接收通道一样，控制本振杂散和变频杂散，控制本振杂散跟接收通道一样。所以关键也是控制变频杂散，跟接收通道不太一样，欺骗通道控制杂散的关键在第三次混频，第三次混频是将1.5-2.5GHz的中频信号与跳频本振一混频得到了宽带射频信号，因为输出的射频信号是宽带信号，而本振和射频又离得很近，所以只能采取分段滤波的形式来实现，所以就有一个开关滤波组来对各个频段的信号进行滤波。

炮弹模拟功能实现方案：

整体实现方案为：将炮弹模拟算法在主控模块（Zynq）的PS端实现，并将各种炮弹模型（如82mm迫击炮、120mm迫击炮、122mm榴弹炮、155mm榴弹炮、122mm火箭炮、300mm远程火箭炮）里的炮弹位置、速度和高程信息解算出来；将炮弹位置和速度信息通过报文传给信号处理模块；高程信息由主控控制天线阵子来实现炮弹高程信息。其中炮弹位置和速度信息由主控模块通过报文传递给信号处理模块，信号处理模块通过报文解算模块解算出各个时刻相应的速度和位置信息，再通过参数解算模块实时解算（时钟300MHz）出位置信息所对应的延时，速度信息所对应的频偏值（Fd）。高程信息则是由主控模块通过控制信号去控制天线阵子上的每一级开关去实现的，总共是64个阵子（相应阵子对应的高程信息，已经在天线阵章节介绍），主控模块产生的控制信号经过一分二开关，再经过总的一分八开关到达每个天线阵分模块上（总共八个天线阵分模块，每个天线阵分模块为8个天线阵子，共64个天线阵子），再经由每个天线阵分模块上的一分八开关，从而实现对阵子的控制，每个阵子代表不同的高程信息，通过模型解算出高程，再通过内部映射关系找到高程对应的阵子号，并由主控模块发出相应的控制信号，由此来实现炮弹轨迹的高程信息。并通过对天线阵子间隔及长度的设计，使其达到天线俯仰跟踪范围大于3°，阵元之间夹角小于0.05°，从而实现精确的炮弹模拟。

Claims (8)

1.一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，包括：主机、操控终端和天线，

所述主机用于产生试验所需的目标和干扰信号，包括主控单元、信号产生单元、微波变频单元、单比特单元、收发功放单元和电源单元；

所述主控单元将操控终端下发的参数及控制指令解析后发送至信号产生单元；

所述信号产生单元根据主控单元输出的目标信号参数产生试验所需的雷达射频目标回波模拟和雷达干扰信号；

所述单比特单元用于快速测频以及频率快速引导；

所述微波变频单元实现2-18GHz信号的上下变频，并为信号产生单元和主控单元提供数字处理时钟信号，其中，实现2-18GHz信号的上下变频的方法为：下变频首先将各个频段信号与固定本振混频到1.5-2.5GHz，再与步进10MHz的慢本振混频到7.3-7.5GHz，再通过固定本振7GHz混频到300-500MHz，将瞬宽降至200MHz；通过单比特单元快速测频的雷达信号引导微波切到对应本振，而后经过信号处理单元AD采样后DA回放数据，输出300-500MHz干扰/目标模拟信号，保证中频输出信号杂散抑制比达到65dBc，再经由微波上变频到射频雷达信号；而且，中频选取信号处理单元1.15-2.15GHz瞬时带宽为1GHz的信号，通过固定本振11.15GHz混频至9-10GHz，再通过二倍频至18-20GHz，最后通过不同波段选择不同本振混频至各个不同波段，并通过不同波段的滤波放大组；

所述收发功放单元对2-18GHz射频信号进行接收及滤波放大，并将微波变频单元输出的射频信号经功率放大后送传至天线；

所述电源单元为主控单元、信号产生单元、微波变频单元、收发功放单元和单比特单元提供电能；

操控终端，所述操控终端采用人机界面交互，设置试验所需的目标和干扰信号参数，通过网络下发至主机，对主机进行远程操控；

天线，所述天线用于不同波段射频信号的接收和发射；包括多个设置在天线上的天线振子，通过升降杆调节天线振子的高度，模拟产生不同角度的目标；所述天线包括S波段天线阵、C/X波段天线阵和Ku波段天线阵，主机通过配备不同的天线即可实现对不同波段炮兵雷达的目标和干扰训练，其中，各波段天线阵列划分如下：

S波段：8段，每段8个单元，长度0.808 m；

X波段：8段，每段8个单元，长度1.344 m；

Ku波段：8段，每段8个单元，长度0.276 m。

2.根据权利要求1所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，所述信号产生单元包括目标信号产生模块和干扰信号产生模块；

所述目标信号产生模块包括数字储频模块、技术产生器、数字混频模块和时钟分配网络；时钟分配网络采用高速AD芯片采集经过微波下变的中频雷达信号，并通过技术产生器对数字储频模块及数字混频模块进行控制，从而产生所需的具有多普勒调制信息的中频信号，再经由DA芯片转换为目标模拟信号，将该信号送至微波变频单元进行上下变频。

3.根据权利要求2所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，所述干扰信号产生模块包括欺骗干扰产生模块和压制干扰产生模块；

所述欺骗干扰产生模块根据主控单元输出的干扰样式和干扰参数产生试验所需要的各种欺骗干扰信号；所述压制干扰产生模块根据设定的干扰样式、干扰参数以及单比特单元提供的频率引导信息，控制DDS产生各种噪声干扰信号。

4.根据权利要求1所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，所述微波变频单元包括射频接收模块、射频调制模块和频合模块；

所述射频接收模块用于接收被试雷达的射频信号实现对雷达射频信号的限幅、衰减、放大和平稳接收；所述射频调制模块用于对信号产生单元产生的目标和干扰信号的中频信号进行上变频、滤波和通道选择，然后送至收发功放单元进行功率放大后再经天线辐射出去；所述频合模块为射频接收模块、射频调制模块提供变频所需的本振信号，并为信号产生提供所需的时钟基准信号，使整机时钟统一。

5.根据权利要求4所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，所述射频接收模块包括限幅器、可调衰减器、带通滤波器、变频网络和放大电路；

限幅器对外部大信号的限幅及后级电路的抗烧毁保护作用；可调衰减器进行信号功率调节，实现大动态接收；带通滤波器对外部非雷达信号的滤除；变频网络主要完成信号的频率搬移作用；放大电路保证混频前后的信号功率。

6.根据权利要求5所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，所述射频调制模块包括变频网络、滤波器、开关选择网络和数控衰减器；

采用数控衰减器实现输出动态，变频网络、滤波器和开关选择网络对信号产生单元产生的目标和干扰信号的中频信号进行上变频、滤波和通道选择，而后送至收发功放单元进行功率放大后再经天线辐射出去。

7.根据权利要求6所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，所述频合模块包括晶振、PDRO、PLL、功分器、放大器、滤波器和控制电路；

通过晶振产生基准时钟，并通过PDRO及PLL产生高频时钟信号，送至功分器产生多个所需的本振信号，而后通过放大滤波电路再输出；控制电路负责其内部的控制。

8.根据权利要求1所述的一种宽带低杂散炮弹模拟系统，其特征在于，还包括有配套附件，所述配套附件包括随行包装箱和通信电缆，系统采用直流和/或交流供电。