一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统技术方案

本发明专利技术提出了一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统。方法步骤如下：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率和距离引起的时间延时；根据目标的散射点空间分布计算径向方向一维距离像；计算分布式目标等效角度以及导向性矢量；确定目标基带回波信号；卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到各通道的目标基带回波信号，然后将其上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。中频系统为采用VPX架构的高性能处理电路和多块DAC阵列电路构成的可扩展系统。本发明专利技术能够直接应用于数字阵列雷达的中频回波模拟，增加发射机阵列和天线阵列后可以应用于半实物仿真系统的射频回波模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达目标回波模拟
，特别是一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统。
技术介绍
高精度复杂测试条件和环境的构建是多功能、高性能雷达系统研制过程中的至关重要的一个环节和必备条件。各种类型的回波模拟器，如基带回波模拟器、中频回波模拟器和射频回波模拟器等已经成为了雷达系统研制过程中各个阶段不可缺少的部分。现有的模拟器一般为单通道模拟器，无法模拟目标空间角度特性，而多通道模拟器可以灵活地实现空间多目标动态角度变化情况的模拟。另外，现有模拟器一般为采用单散射点目标模型的简化模拟器，无法模拟复杂多散射点目标的一维距离像动态变化，角度闪烁等真实目标回波特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法及中频系统，从而实现针对任意发射波形的复杂目标回波空间、时间和频率时变特性动态模拟，该中频系统系统结构紧凑，可扩展性强，通过增加射频发射通道和天线，可以构建任意复杂目标的半实物模拟射频环境。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法，模拟过程包括以下几个步骤：S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像；S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。进一步地，步骤S02所述根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像，具体为：基于分布式目标多散射点模型计算一维距离像，散射点Pn包含的信息有空间三维坐标(xn,yn,zn)与散射点等效雷达截面积σn；分布式目标一维距离像的横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率；各散射点回波的功率根据雷达方程计算得出。进一步地，步骤S03所述计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量具体为：基于分布式目标多散射点模型计算分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度在方位与俯仰向的偏差；由公式计算得出分布式目标几何中心位置与合成回波等效位置在俯仰方向上的距离偏差gy；其中，ak和分别为第k个散射点回波幅度和相位，k＝1,…,N，yl代表散射点在视线坐标系的OY轴上的坐标；视线坐标系原点位于分布式目标几何中心，OX轴沿雷达与目标连接方向，OZ与OY分别对应方位和俯仰方向；由公式Δθ＝gy/R计算得出俯仰方向上分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度的偏差，其中R为分布式目标几何中心到雷达的距离；由公式θ0＝θT+Δθ得到散射点合成回波等效俯仰角θ0，其中θT为分布式目标几何中心方向与雷达法线方向的在俯仰方向的夹角；同理可得散射点合成回波等效方位角其中一种通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，采用VPX架构的高性能处理电路和多块高速DAC阵列电路构成可扩展系统，其中：高性能处理电路包括多核DSP和FPGA，负责采样雷达发射基带信号，并根据上位机设定的目标相对于雷达的相关参数，产生单通道的目标基带回波信号；高速DAC阵列电路包括FPGA和DAC，负责将目标基带回波信号卷入导向性矢量，进行数字正交上变频处理，产生多通道分布式目标中频回波信号。进一步地，所述高性能处理电路中的DSP功能由8个处理内核并行完成：(1a)内核0：为总控内核，通过千兆网口与上位机进行数据交互，将上位机设定的参数发送给其他内核，同步协调其他内核的处理时序，获得处理结果；(1b)内核2：计算时延τ对应的时钟周期个数和多普勒fd对应的DDS频率控制字，发送给本板FPGA；计算分布式目标一维距离像，发送给内核1；计算分布式目标等效角度发送给内核3～7；(1c)内核3～7：根据分布式目标等效角度计算所有通道对应的导向性矢量并发送给内核1；(1d)内核1：使用串行RapidIO，将从其他核接收到的数据发送给本板FPGA。进一步地，所述高性能处理电路中的FPGA电路结构，包括：(2a)ADC接口模块：接收ADC采样的雷达发射基带信号；(2b)SRIO接收模块：使用SRIO串行协议接收本板DSP计算好的分布式目标回波参数；(2c)卷积模块：将采样得到的雷达发射基带信号与分布式目标一维距离像进行卷积处理；(2d)距离延时模块：对卷积模块输出的信号进行延时；(2e)多普勒调制模块：使用fd对应的DDS控制字，产生对应频率的正弦信号；距离延时模块输出的信号卷上此正弦信号，得到单通道基带雷达目标回波信号；(2f)SRIO发送模块：使用SRIO串行协议，将多普勒调制模块输出的基带雷达目标回波信号与本板DSP计算好的全部通道的导向性矢量，发送给所有高速DAC阵列电路。进一步地，所述高速DAC阵列电路的FPGA电路结构，包括：(3a)SRIO接收模块：采用SRIO串行协议接收高性能处理电路的FPGA发送过来的，基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量；(3b)导向性矢量复乘模块：将基带雷达目标回波信号与当前板卡通道对应的导向性矢量进行复乘，得到当前板卡中各通道的基带雷达目标回波信号；(3c)DAC接口模块：将各通道的基带雷达目标回波信号发送给相应的DAC。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用的多通道技术可以灵活地实现空间多目标动态角度变化情况的模拟；采用分布式目标模拟技术，可以动态的模拟复杂多散射点目标的一维距离像变化，角度闪烁等真实目标回波特性，更加真实地给出复杂目标回波空间、时间和频率的时变特性；采用发射基带信号采样调制技术，可以应用于任意体制和任意发射波形回波的模拟；(2)基于VPX总线架构的多通道分布式目标回波模拟中频系统，具有系统内部互联数据带宽宽、可扩展性强和可靠性高的特点；(3)中频模拟系统可以根据实际的目标回波复杂程度和带宽的需要，扩展标准的通用高性能处理电路规模；可以根据空间目标角度模拟精确程度确定通道数量，通过增加标准的高速DAC阵列电路数量方便地实现通道数量的扩展；(4)该中频系统，通过增加射频发射通道和天线后，可以构建任意复杂目标的半实物模拟射频环境，应用前景广阔。附图说明图1是本专利技术中数字阵列雷达分布式目标回波模拟方法的流程图。图2是本专利技术中数字阵列雷达分布式目标回波模拟系统的总体框图。图3是本专利技术中模拟系统各模块间的数据传递关系示意图。图4是本专利技术中高性能处理电路的DSP的核间通信结构示意图。图5是本专利技术中高性能处理电路的FPGA电路结构框图。图6是本专利技术中高速DAC阵列电路的FPGA电路结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明。本专利技术通用的多通道分布式目标回波模拟方法，包括以下几个步骤：S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，模拟过程包括以下几个步骤：S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像；S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。

【技术特征摘要】
1.一种通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，模拟过程包括以下几个步骤：S01：计算不考虑自旋转特性的分布式目标几何中心与雷达的径向速度引起的多普勒频率fd和距离引起的时间延时τ；S02：根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像；S03：计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量S04：实时采样基带发射信号并将其与一维距离像进行卷积，再经过时延τ与多普勒fd的调制后得到目标基带回波信号；S05：卷入导向性矢量描述的通道间由于空间角度引起的相位差后得到每个通道的目标基带回波信号；S06：将各通道基带回波信号上变频和数模变换得到多通道分布式目标中频回波信号。2.根据权利要求1所述的通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，步骤S02所述根据目标的散射点空间分布计算径向方向的一维距离像，具体为：基于分布式目标多散射点模型计算一维距离像，散射点Pn包含的信息有空间三维坐标(xn,yn,zn)与散射点等效雷达截面积σn；分布式目标一维距离像的横轴为各散射点相对雷达距离与目标几何中心相对雷达距离之差，纵轴为接收机输出的回波功率；各散射点回波的功率根据雷达方程计算得出。3.根据权利要求1所述的通用的多通道分布式目标回波模拟方法，其特征在于，步骤S03所述计算分布式目标几何中心对应的角度与所有散射点合成回波等效角度在方位与俯仰方向的偏差，得出分布式目标等效角度计算导向性矢量具体为：基于分布式目标多散射点模型计算分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度在方位与俯仰向的偏差；由公式计算得出分布式目标几何中心位置与合成回波等效位置在俯仰方向上的距离偏差gy；其中，ak和分别为第k个散射点回波幅度和相位，k＝1,…,N，yl代表散射点在视线坐标系的OY轴上的坐标；视线坐标系原点位于分布式目标几何中心，OX轴沿雷达与目标连接方向，OZ与OY分别对应方位和俯仰方向；由公式Δθ＝gy/R计算得出俯仰方向上分布式目标几何中心对应的角度与合成回波等效角度的偏差，其中R为分布式目标几何中心到雷达的距离；由公式θ0＝θT+Δθ得到散射点合成回波等效俯仰角θ0，其中θT为分布式目标几何中心方向与雷达法线方向的在俯仰方向的夹角；同理可得散射点合成回波等效方位角其中4.一种通用的多通道分布式目标回波模拟中频系统，其特征在于，采用VPX架构的高性能处理电路和多块高速DAC阵列电路构成可扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓峰，李荣环，盛卫星，韩玉兵，张仁李，吕雅柔，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32