CN119310539A - 一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空电子技术领域，尤其是涉及一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，在中频和数字域上可实现直波基带信号、目标回波信号的产生，通过数模转换以及上变频模块实现直波射频信号、目标回波射频信号或者宽带干扰射频信号的产生，最后通过微波天线辐射出去；在实验室环境条件下，可为半主动制导体制引进雷达装备的半实物仿真实验提供直波信号、目标回波信号，并对目标回波、干扰参数进行灵活设置，可应用到该型装备的半实物仿真试验，全面考察该引进装备的性能，规避本地测试的局限性，同时与真实外场测试相比，大大降低了成本消耗。

Description

一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法

技术领域

本发明涉及航空电子技术领域，尤其是涉及一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法。

背景技术

在某半主动制导体制引进雷达装备使用过程中，针对其系统的仿真测试是一个重要环节。现有的，目前已有该引进装备测试系统主要用于对该引进装备各部件性能指标的测试。所涉及的目标模拟局限于本地模式且测试时目标干扰相关的参数只可设置为固定值或者按照一定规律变化，不能随着试验的进行动态修改。此外，真实外场测试时需要消耗大量的人力、物力，成本较高，且需要注意天气环境等因素引起的不确定性，极大地限制了该半主动制导体制引进雷达装备的使用和性能验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，该模拟方法采用软硬件结合方式，利用上位机软件和FPGA可灵活修改目标干扰参数，同时上位机可以1ms的实时性向FPGA下发数据，系统具有很强的灵活性和实时性，避免了外场试验和本地试验的缺点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，包括如下步骤：

S1、首先，所述模拟方法的硬件部分为雷达射频信号模拟器，所述雷达射频信号模拟器包括，微波链路单元、基带处理单元、显示控制单元及结构单元；微波链路单元包括，微波上变频模块、微波频综模块；基带处理单元包括，ADC模块、DAC模块、信号处理板及存储子卡；显示控制单元包括，交换板、单板机及光反卡；结构单元主要由采用CPCI总线架构的机箱、背板、电源组成，可为各单元板卡提供数据交互PCIE总线和供电；

S2、基带处理单元中的FPGA产生该引进装备雷达对应的直波基带信号，其中直波基带信号可加入或不加入调制信息，对不加入调制信息的直波基带信号进行多普勒调制形成回波基带信号，一定带宽的噪声信号与回波基带信号复乘形成宽带干扰基带信号；

S3、通过DAC模块和微波上变频模块分别对直波基带信号、目标回波基带信号（或宽带干扰基带信号）进行数模转换及微波上变频，输出直波、目标回波（或宽带干扰）射频信号。

进一步的，所述微波上变频模块的功能是将中频信号上变频为射频信号，包括三级上变频，通过三个独立本振信号作为输入进行三级上变频，将模拟中频信号转换成直波信号、目标回波模拟信号，同时对信号功率进行控制调节，满足仿真所需的射频输出功率要求；

微波频综模块采用直接数字频率合成技术，为上变频模块提供本振信号，并为基带处理单元提供时钟同步信号。

进一步的，所述 ADC模块，其功能是将模拟中频信号进行模数转换处理，得到数字中频信号；

所述DAC模块，其功能是将数字中频信号进行数模转换处理，得到模拟中频信号；

信号处理板的功能是基于数字射频存储（DRFM）技术，使用FPGA芯片，在数字域上生成直波信号，同时对数字信号进行多普勒调制、干扰调制、幅相度调制等产生目标回波信号、干扰信号；

存储子卡的功能是为对数字信号的延时提供缓存。

进一步的，所述交换板的功能是提供对外串口，支持板卡间信息交互；

所述单板机的功能是搭载目标信号发生器软件，进行人机交互，对工作模式、参数进行配置，从而对输出信号进行控制；

所述光反卡的作用是进行光纤通信。

进一步的，所述微波频综模块分别与两路微波上变频模块通过射频线进行连接，微波频综模块通过射频线与基带处理单元连接，基带处理单元的输出与微波上变频模块的输入通过射频线连接，两路微波上变频模块的输出分别通过射频线与喇叭天线连接，从而将射频信号辐射出去；显示控制单元单板机通过机箱背板PCIE总线发送控制指令，传输至交换板，再由交换板通过背板PCIE总线对微波链路单元、基带处理单元的板卡进行转发控制。

本发明的有益效果为：本发明所提供的半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，在具体使用时，主要的硬件为雷达射频信号模拟器，在中频和数字域上可实现直波基带信号、目标回波信号的产生，通过数模转换以及上变频模块实现直波射频信号、目标回波射频信号或者宽带干扰射频信号的产生，最后通过微波天线辐射出去；在实验室环境条件下，可为该半主动制导体制引进雷达装备的半实物仿真实验提供直波信号、目标回波信号（或者宽带干扰信号），并对目标回波、干扰参数进行灵活设置，可应用到该型装备的半实物仿真试验，全面考察该引进装备的性能，规避本地测试的局限性，同时与真实外场测试相比，大大降低了成本消耗。

附图说明

图1是本发明提供的半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法中直波和目标回波产生原理图；

图2是本发明模拟方法中的雷达射频信号模拟器组成框图；

图3是本发明模拟方法中的宽带干扰产生原理图。

具体实施方式

具体实施例1：下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。需要说明的是：本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。

如说明书附图2所示，本发明提供了一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，所述模拟方法的硬件部分为雷达射频信号模拟器，所述雷达射频信号模拟器包括，微波链路单元、基带处理单元、显示控制单元及结构单元；

微波链路单元由微波上变频模块、微波频综模块组成，实现中频信号和射频信号之间的频率变换。微波上变频模块的功能是将中频信号上变频为射频信号，包括三级上变频，通过三个独立本振信号作为输入进行三级上变频，将模拟中频信号转换成直波信号、目标回波模拟信号等，同时对信号功率进行控制调节，满足仿真所需的射频输出功率要求；

微波频综模块采用直接数字频率合成技术，为上变频模块提供本振信号，并为基带处理单元提供时钟同步信号；

基带处理单元由高速AD子卡，高速DA子卡，信号处理板及存储子卡组成，实现信号的基带处理，产生直波信号、目标回波信号、干扰信号等；高速AD子卡即ADC模块，其功能是将模拟中频信号进行模数转换处理，得到数字中频信号。高速DA子卡即DAC模块，其功能是将数字中频信号进行数模转换处理，得到模拟中频信号；信号处理板的功能是基于数字射频存储（DRFM）技术，使用FPGA芯片，在数字域上生成直波信号，同时对数字信号进行多普勒调制、干扰调制、幅相度调制等产生目标回波信号、干扰信号等；存储子卡的功能是为对数字信号的延时提供缓存；

显示控制单元由交换板、单板机、光反卡组成，通过用户交互界面，与雷达射频信号模拟器其他单元进行数据交换及总体控制；交换板的功能是提供对外串口，支持板卡间信息交互；单板机的功能是搭载目标信号发生器软件，进行人机交互，对工作模式、参数等进行配置，从而对输出信号进行控制；光反卡的作用是进行光纤通信；

结构单元主要由采用CPCI总线架构的机箱、背板、电源组成，可为各单元板卡提供数据交互PCIE总线和供电。

本发明的半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法中的雷达射频信号模拟器中各组成部分连接关系如下：微波频综模块分别与两路微波上变频模块通过射频线进行连接，微波频综模块通过射频线与基带处理单元连接，基带处理单元的输出与微波上变频模块的输入通过射频线连接，两路微波上变频模块的输出分别通过射频线与喇叭天线连接，从而将射频信号辐射出去。显示控制单元单板机通过机箱背板PCIE总线发送控制指令，传输至交换板，再由交换板通过背板PCIE总线对微波链路单元、基带处理单元的板卡进行转发控制。

如说明书附图1、说明书附图3所示，本发明直波和目标回波模拟方法中的直波调制实现原理、目标回波产生原理、宽带干扰产生原理分别如下：

1、直波调制实现原理：

该半主动制导体制引进雷达装备的直波信号具有两种工作状态，加入和不加入调制信号；不加入调制信息时，基带处理单元产生的直波基带信号直接输出；加入调制信息时，基带处理单元输出以副载频1（对应频率F1）或者副载频2（对应频率F2）作为调制信号的调频信号即输出带有调制信息的直波基带信号。调制的信息包含若干（n1）个修正信息，对于任意其中一个修正信息，从正码、反码和0中选取其中的两个进行表示；正码和反码均为1、0按照一定的规律进行组合，例如当正码为11…11（n2个1）时，则其对应的反码为00…00（n2个0）；频率F1、F2分别代表逻辑1和逻辑0；传输一个逻辑1或者一个逻辑0所用的周期为T1；n1个修正信息发送所需的周期为T2，且各个信息按照相应的占空比和周期进行传输；最终按照一定规律编码的信息被调制到直波基带信号上，最后形成带有调制信息的直波基带信号；

2、目标回波产生原理：

目标回波产生是在不加调制信息的直波基带信号的基础上通过多普勒调制进行实现；

3、宽带干扰产生原理：

该半主动制导体制引进雷达装备的宽带干扰产生依据干扰带宽（BW）由Matlab离线计算产生对应带宽的高斯噪声频响曲线，经过快速逆傅立叶变换（IFFT）和归一化量化处理，预先存储到片内块随机存取存储器（BRAM）中，由FPGA对片内块随机存取存储器中的噪声数据进行随机首地址回放、加窗处理、叠加和滤波，得到连续的宽带干扰基带信号。

综上所述，本发明提供一种半主动制导体制引进雷达装备的直波和目标回波模拟方法，基于该引进装备半主动制导体制工作原理及制导修正需求，通过FPGA产生该引进装备雷达对应的直波基带信号，其中直波基带信号可加入或不加入调制信息，对不加入调制信息的直波基带信号进行多普勒调制形成回波基带信号，一定带宽的噪声信号与回波基带信号复乘形成宽带干扰基带信号；最后，通过DAC模块和微波上变频模块分别对直波基带信号、目标回波基带信号（或宽带干扰基带信号）进行数模转换及微波上变频，输出直波、目标回波（或宽带干扰）射频信号。该方法可应用到该引进装备的半实物仿真试验，在进行该型装备性能测试时，可降低试验成本、节约资源、提高效率。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、首先，所述模拟方法的硬件部分为雷达射频信号模拟器，所述雷达射频信号模拟器包括，微波链路单元、基带处理单元、显示控制单元及结构单元；微波链路单元包括，微波上变频模块、微波频综模块；基带处理单元包括，ADC模块、DAC模块、信号处理板及存储子卡；显示控制单元包括，交换板、单板机及光反卡；结构单元主要由采用CPCI总线架构的机箱、背板、电源组成，可为各单元板卡提供数据交互PCIE总线和供电；

S2、基带处理单元中的FPGA产生引进装备雷达对应的直波基带信号，其中直波基带信号可加入或不加入调制信息，对不加入调制信息的直波基带信号进行多普勒调制形成回波基带信号，噪声信号与回波基带信号复乘形成宽带干扰基带信号；

S3、通过DAC模块和微波上变频模块分别对直波基带信号、目标回波基带信号或宽带干扰基带信号进行数模转换及微波上变频，输出直波、目标回波或宽带干扰射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，所述微波上变频模块的功能是将中频信号上变频为射频信号，包括三级上变频，通过三个独立本振信号作为输入进行三级上变频，将模拟中频信号转换成直波信号、目标回波模拟信号，同时对信号功率进行控制调节，满足仿真所需的射频输出功率要求；

微波频综模块采用直接数字频率合成技术，为上变频模块提供本振信号，并为基带处理单元提供时钟同步信号。

3.根据权利要求2所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，所述 ADC模块，其功能是将模拟中频信号进行模数转换处理，得到数字中频信号；

所述DAC模块，其功能是将数字中频信号进行数模转换处理，得到模拟中频信号；

信号处理板的功能是基于数字射频存储（DRFM）技术，使用FPGA芯片，在数字域上生成直波信号，同时对数字信号进行多普勒调制、干扰调制、幅相度调制产生目标回波信号、干扰信号；

存储子卡的功能是为对数字信号的延时提供缓存。

4.根据权利要求3所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，所述交换板的功能是提供对外串口，支持板卡间信息交互；

所述单板机的功能是搭载目标信号发生器软件，进行人机交互，对工作模式、参数进行配置，从而对输出信号进行控制；

所述光反卡的作用是进行光纤通信。

5.根据权利要求4所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，所述微波频综模块分别与两路微波上变频模块通过射频线进行连接，微波频综模块通过射频线与基带处理单元连接，基带处理单元的输出与微波上变频模块的输入通过射频线连接，两路微波上变频模块的输出分别通过射频线与喇叭天线连接，从而将射频信号辐射出去；显示控制单元单板机通过机箱背板PCIE总线发送控制指令，传输至交换板，再由交换板通过背板PCIE总线对微波链路单元、基带处理单元的板卡进行转发控制。

6.根据权利要求4所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，半主动制导体制引进雷达装备的直波信号具有两种工作状态，加入和不加入调制信号；不加入调制信息时，基带处理单元产生的直波基带信号直接输出；加入调制信息时，基带处理单元输出以副载频1对应频率F1或者副载频2对应频率F2作为调制信号的调频信号即输出带有调制信息的直波基带信号；

调制的信息包含若干n1个修正信息，对于任意其中一个修正信息，从正码、反码和0中选取其中的两个进行表示；正码和反码均为1、0按照规律进行组合，例如当正码为11…11n2个1时，则其对应的反码为00…00n2个0；频率F1、F2分别代表逻辑1和逻辑0；传输一个逻辑1或者一个逻辑0所用的周期为T1；n1个修正信息发送所需的周期为T2，且各个信息按照相应的占空比和周期进行传输；最终按照规律编码的信息被调制到直波基带信号上，最后形成带有调制信息的直波基带信号。

7.根据权利要求4所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，目标回波产生是在不加调制信息的直波基带信号的基础上通过多普勒调制进行实现。

8.根据权利要求4所述的一种半主动雷达制导引进装备的直波和目标回波模拟方法，其特征在于，半主动制导体制引进雷达装备的宽带干扰产生依据干扰带宽（BW）由Matlab离线计算产生对应带宽的高斯噪声频响曲线，经过快速逆傅立叶变换（IFFT）和归一化量化处理，预先存储到片内块随机存取存储器（BRAM）中，由FPGA对片内块随机存取存储器中的噪声数据进行随机首地址回放、加窗处理、叠加和滤波，得到连续的宽带干扰基带信号。