一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统及方法技术方案

一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统及方法，属于信号处理技术领域。本发明专利技术对雷达信号PDW中的TOA测量结果准确度进行评估，在统一时间基准上，对TOA测量精度进行绝对评估。通过至少两组激励，解决雷达处理机TOA信息和同步脉冲时间信息间的模糊问题，通过仅记录固定周期内最后一个同步脉冲的时间信息降低系统复杂度。

A measurement system and method of radar signal pulse arrival time measurement accuracy

The invention relates to a test system and a method for measuring the precision of radar signal pulse arrival time, belonging to the technical field of signal processing. The invention evaluates the accuracy of the toa measurement result in the radar signal PDW, and absolutely evaluates the toa measurement accuracy on the unified time benchmark. At least two sets of excitation are used to solve the problem of ambiguity between toa information of radar processor and time information of synchronization pulse. The system complexity is reduced by recording only the time information of the last synchronization pulse in a fixed period.

【技术实现步骤摘要】
一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统及方法
本专利技术涉及一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统及方法，属于信号处理

技术介绍
雷达信号的脉冲到达时间(TimeofArrival，TOA)是雷达信号脉冲描述字(PulseDescriptionWord，PDW)中的关键参数。已有大量文献对TOA的估计方法进行研究。电子科技大学的蒋红娜在论文“一种雷达脉冲检波及参数测试模块的设计”中指出，传统上，TOA的测量使用固定门限法，作者使用自适应门限法减小测量误差。具体的，使用-6dB门限附近的两点拟合前、后沿来进行计算。专利“一种基于匹配自相关算法的雷达信号TOA估计方法”中，作者在确定雷达信号的自相关函数和双检测门限后粗略获得出雷达信号起、止时间，完成雷达信号模型估计。据此得到信号的匹配滤波响应，并使用匹配滤波法获得TOA估计。反观对于TOA测量精度的研究却鲜有文献涉及。南京理工大学的周仟在论文“基于FPGA的雷达信号中频数字侦收与高精度参数测量技术研究”中指出因为TOA只是一个相对意义上的数值，对它们的精确测量最终目的是为了得到高精度的脉冲宽度(PulseWidth，PW)，就TOA的测量值本身而言没有重要意义。对于单雷达信号接收机和单基地雷达而言，TOA的绝对测量精度并不重要，工程上使用连续的两脉冲TOA差值和标称脉冲重复间隔(PulseRepetitionInterval，PRI)值粗略推断出TOA测量精度。然而，对于多接收机的同步工作，例如多基地雷达协同定位中，TOA的绝对测量精度尤为重要。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统及方法，对雷达信号PDW中的TOA测量结果准确度进行评估，在统一时间基准上，对TOA测量精度进行绝对评估。通过多组激励，解决雷达处理机TOA信息和同步脉冲时间信息间的模糊问题，通过仅记录固定周期内最后一个同步脉冲的时间信息降低系统复杂度。本专利技术的技术解决方案是：一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，包括含有授时系统的雷达信号处理机，用于识别接收的脉冲雷达信号，获取依据雷达信号处理机自身时间确定的TOA信息；所述雷达信号处理机自身时间由授时系统获取，所述授时系统依据授时设备时间进行授时；脉冲信号源，用于产生脉冲雷达信号及对应的同步脉冲信号，将脉冲雷达信号发送至雷达信号处理机，将同步脉冲信号发送至授时设备；授时设备，用于对雷达信号处理机进行授时，并对接收的同步脉冲信号中脉冲的接收时间进行记录，生成同步脉冲时间信息，并将同步脉冲时间信息发送至分析设备；分析设备，用于接收同步脉冲时间信息和TOA信息，对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，然后对去模糊后的信息进行对比分析，输出对比分析结果，完成测试。进一步地，所述对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，具体为：获取两个不同脉冲雷达信号的同步脉冲时间信息和TOA信息；从同步脉冲时间信息A和同步脉冲时间信息B中各选取一个同步脉冲时间信息，分别作为第一MC信息和第二MC信息；在TOA信息A和TOA信息B中分别选取分别与第一MC信息和第二MC信息最接近的n个TOA信息，分别作为TOA_A_1,…TOA_A_n,TOA_B_1,…TOA_B_n；n为不小于2的整数；将第一MC信息分别与TOA_A_1,…TOA_A_n比较，得到时间差SJC_A_1，…SJC_A_n，将第二MC信息分别与TOA_B_1,…TOA_B_n比较，得到时间差SJC_B_1，…SJC_B_n；将SJC_A_1，…SJC_A_n分别与SJC_B_1，…SJC_B_n进行作差比较，选取差值最小的SJC_A_i和SJC_B_j，将第一MC信息和SJC_A_i对应的TOA_A_i以及第二MC信息和SJC_B_j对应的TOA_B_j作为对应的时间信息，将两个不同脉冲雷达信号的同步脉冲时间信息和TOA信息分别参照第一MC信息和TOA_A_i以及第二MC信息和TOA_B_j，依次进行一一对应，完成去模糊。进一步地，所述两个不同脉冲雷达信号的PRI值满足：第一PRI值和第二PRI值的最小公倍数不小于预设值。进一步地，所述授时设备包括GNSS信号处理模块、本地时间维护模块、脉冲时间记录模块、授时模块和频率源模块；所述GNSS信号处理模块对GNSS天线接收到的GNSS信号进行处理，提取UTC时间信息，并生成秒脉冲信号；所述本地时间维护模块接收GNSS信号处理模块的UTC时间信息，并据此对原始本地时间进行更新；所述脉冲时间记录模块接收脉冲信号源发送的同步脉冲信号，并依据同步脉冲信号的跳变沿对同步脉冲信号进行时间标记，生成同步脉冲时间信息，并将同步脉冲时间信息发送至分析设备；所述授时模块与雷达信号处理机连接，用于对雷达信号处理机进行授时；所述频率源模块作为时钟源向其余模块提供工作时钟。进一步地，所述雷达信号处理机和授时设备还包括GNSS天线，用于接收GNSS信号，对自身进行授时。进一步地，所述对接收的同步脉冲信号中脉冲的接收时间进行记录，具体为，对接收的同步脉冲信号中的每一个脉冲的接收时间进行记录，或者对接收的同步脉冲信号记录固定周期内最后一个脉冲的接收时间；每个固定周期内接收到若干个脉冲。一种基于所述的雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统实现的测试方法，包括如下步骤：含有授时系统的雷达信号处理机识别接收的脉冲雷达信号，获取依据雷达信号处理机自身时间确定的TOA信息；所述雷达信号处理机自身时间由授时系统获取，所述授时系统依据授时设备时间进行授时；脉冲信号源产生脉冲雷达信号及对应的同步脉冲信号，将脉冲雷达信号发送至雷达信号处理机，将同步脉冲信号发送至授时设备；授时设备对雷达信号处理机进行授时，并对接收的同步脉冲信号中脉冲的接收时间进行记录，生成同步脉冲时间信息，并将同步脉冲时间信息发送至分析设备；分析设备接收同步脉冲时间信息和TOA信息，对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，然后对去模糊的结果进行对比分析，输出对比分析结果，完成测试。进一步地，所述对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，具体为：获取两个不同脉冲雷达信号的同步脉冲时间信息和TOA信息；从同步脉冲时间信息A和同步脉冲时间信息B中各选取一个同步脉冲时间信息，分别作为第一MC信息和第二MC信息；在TOA信息A和TOA信息B中分别选取分别与第一MC信息和第二MC信息最接近的n个TOA信息，分别作为TOA_A_1,…TOA_A_n,TOA_B_1,…TOA_B_n；n为不小于2的整数；将第一MC信息分别与TOA_A_1,…TOA_A_n比较，得到时间差SJC_A_1，…SJC_A_n，将第二MC信息分别与TOA_B_1,…TOA_B_n比较，得到时间差SJC_B_1，…SJC_B_n；将SJC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于：包括/n含有授时系统的雷达信号处理机，用于识别接收的脉冲雷达信号，获取依据雷达信号处理机自身时间确定的TOA信息；所述雷达信号处理机自身时间由授时系统获取，所述授时系统依据授时设备时间进行授时；/n脉冲信号源，用于产生脉冲雷达信号及对应的同步脉冲信号，将脉冲雷达信号发送至雷达信号处理机，将同步脉冲信号发送至授时设备；/n授时设备，用于对雷达信号处理机进行授时，并对接收的同步脉冲信号中脉冲的接收时间进行记录，生成同步脉冲时间信息，并将同步脉冲时间信息发送至分析设备；/n分析设备，用于接收同步脉冲时间信息和TOA信息，对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，然后对去模糊后的信息进行对比分析，输出对比分析结果，完成测试。/n

【技术特征摘要】
1.一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于：包括
含有授时系统的雷达信号处理机，用于识别接收的脉冲雷达信号，获取依据雷达信号处理机自身时间确定的TOA信息；所述雷达信号处理机自身时间由授时系统获取，所述授时系统依据授时设备时间进行授时；
脉冲信号源，用于产生脉冲雷达信号及对应的同步脉冲信号，将脉冲雷达信号发送至雷达信号处理机，将同步脉冲信号发送至授时设备；
授时设备，用于对雷达信号处理机进行授时，并对接收的同步脉冲信号中脉冲的接收时间进行记录，生成同步脉冲时间信息，并将同步脉冲时间信息发送至分析设备；
分析设备，用于接收同步脉冲时间信息和TOA信息，对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，然后对去模糊后的信息进行对比分析，输出对比分析结果，完成测试。


2.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于，所述对同步脉冲时间信息和TOA信息进行去模糊，具体为：
获取两个不同脉冲雷达信号的同步脉冲时间信息和TOA信息；
从同步脉冲时间信息A和同步脉冲时间信息B中各选取一个同步脉冲时间信息，分别作为第一MC信息和第二MC信息；
在TOA信息A和TOA信息B中分别选取分别与第一MC信息和第二MC信息最接近的n个TOA信息，分别作为TOA_A_1,…TOA_A_n,TOA_B_1,…TOA_B_n；n为不小于2的整数；
将第一MC信息分别与TOA_A_1,…TOA_A_n比较，得到时间差SJC_A_1，…SJC_A_n，将第二MC信息分别与TOA_B_1,…TOA_B_n比较，得到时间差SJC_B_1，…SJC_B_n；
将SJC_A_1，…SJC_A_n分别与SJC_B_1，…SJC_B_n进行作差比较，选取差值最小的SJC_A_i和SJC_B_j，将第一MC信息和SJC_A_i对应的TOA_A_i以及第二MC信息和SJC_B_j对应的TOA_B_j作为对应的时间信息，将两个不同脉冲雷达信号的同步脉冲时间信息和TOA信息分别参照第一MC信息和TOA_A_i以及第二MC信息和TOA_B_j，依次进行一一对应，完成去模糊。


3.根据权利要求2所述的一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于：所述两个不同脉冲雷达信号的PRI值满足：第一PRI值和第二PRI值的最小公倍数不小于预设值。


4.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于：所述授时设备包括GNSS信号处理模块、本地时间维护模块、脉冲时间记录模块、授时模块和频率源模块；
所述GNSS信号处理模块对GNSS天线接收到的GNSS信号进行处理，提取UTC时间信息，并生成秒脉冲信号；
所述本地时间维护模块接收GNSS信号处理模块的UTC时间信息，并据此对原始本地时间进行更新；
所述脉冲时间记录模块接收脉冲信号源发送的同步脉冲信号，并依据同步脉冲信号的跳变沿对同步脉冲信号进行时间标记，生成同步脉冲时间信息，并将同步脉冲时间信息发送至分析设备；
所述授时模块与雷达信号处理机连接，用于对雷达信号处理机进行授时；
所述频率源模块作为时钟源向其余模块提供工作时钟。


5.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于：所述雷达信号处理机和授时设备还包括GNSS天线，用于接收GNSS信号，对自身进行授时。


6.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统，其特征在于：所述对接收的同步脉冲信号中脉冲的接收时...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙哲仁，宋志操，赵义平，范振昊，佟金成，钟良玉，梁泉，刘佳昕，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11