多频段雷达目标模拟器制造技术

本发明专利技术公开的一种多频段雷达目标模拟器，旨在提供一种工作性能稳定，工作带宽宽，信号控制动态范围大，可自动识别频段切换的目标模拟器。本发明专利技术通过下述技术方案实现：连接FPGA的发射同步器、相连参考晶振的功分器、锁相环、DAC和ADC，通过电子射频开关相连取样锁相频率合成器的C波段和Ka波段收发天线，通过快速测频模块测出射频信号的频率，下变频到中频，输出到FPGA，计算对上变频数字锁相环PLL的频率控制字进行调整，输出相应频率控制字以产生上变频对应的一本振、二本振频率信号，还原的中频信号与上变频形成C波段和Ka波段宽带射频信号，输出所需频段内的各种波形信号，经发射天线辐射到空间。

Multi band radar target simulator

【技术实现步骤摘要】
多频段雷达目标模拟器
本专利技术涉及一种主要用于检验雷达性能和精度，基于复制转发的多频段雷达目标模拟器和信号源的设计。
技术介绍
在现代雷达的研制和调试过程中，对雷达系统的性能测试和指标验收是非常重要的环节，雷达系统的整机鉴定和外场测试都必须在试验靶场通过真实的目标提供测试信号，不仅要花费大量的人力、物力和财力，还增加了雷达系统的开发和研制周期。近年来，针对雷达系统的日常测试与校准受到广泛关注，其中关于如何便捷的雷达系统进行模拟目标测试，保障雷达系统的性能和功能成为雷达技术研究热点之一。针对这种情况雷达目标模拟器也可以装备到雷达系统的检测设备中，及时检测和校准雷达系统接收通道的通道增益、相位稳定度、以及信号处理的功能和精度，以确保雷达全寿命周期性能优良。目标模拟器设备是雷达测试的有力工具，能够以静态方式产生多目标回波信号，为雷达系统提供所需的动态目标回波信号，完成相关的测试和实验。在雷达开发测试中，能够极大地提高雷达处理的调试效率，缩短雷达系统测试周期，节约试验和开发成本，可以增强雷达综合处理系统验证能力，提高系统战场态势适应性，缩短系统研发时间，加快系统研发进度，提高效率，节约费用。模拟目标包括：回波信号延时控制和功率控制，点目标信号模拟，云团、湍流和风切变等气象目标信号模拟，RBM、DBS和SAR等面目标信号模拟，假目标和噪声干扰等干扰信号模拟。通常来说，目标回波信号主要包括三种信息：幅度信息，这是由距离、目标雷达反射截面积(Rcs)、天线方向图调制等因素变化带来的；频域信息，即目标多普勒频率；以及时域信息，即反映目标远近的距离延迟。距离模拟是按照反射式雷达方程来计算的，当距离达到Rmax时，信杂比应为零。同时，通过距离延时器改变模拟信号源输出模拟脉冲信号的时间，产生距离上的时间模拟。模拟信标方式状态时，雷达必须按照信标方式计算。理论上目标模拟器的精度非常高，但当它装在雷达上后，它的精度就是雷达的精度。虽然不同的接收机和不同的伺服系统是同一个模拟器，但它表现的精度是不同的。现在的方法是在雷达发射信号的基础上直接引入上述三种信息来产生目标回波信号。在三种信息的处理上，目前都有相应的技术途径，如幅度模拟可由大动态的程控衰减器实现，目标多普勒频率可通过直接式数字合成器(DDS)实现，也可以通过高速的数字信号处理系统的运算实现。相对幅度和频率信息的实现而言，距离延迟的实现在过去相对较难，以往的方法是采用声表面波延迟的方法来实现，但信号质量较差，带宽较窄，目标模拟器大体上可分为和、差信号形成器，微波信号源，和、差信号控制器和航路产生器四个部分。产生的目标信号是通过几个定向耦合器分别加到主讯道的和、方位差、仰角差信道上来实现的。主要由控制计算机、接收机、发射机、全波段频率综合器、收发天线、DRFM单元组成，被测雷达辐射的射频信号经过接收天线送到接收机，接收机完成射频信号的放大，通过下变频将射频信号转化为中频信号提供给DRFM，DRFM完成中频信号的采集、存储，并根据要求生成所需目标和地杂波信号，调制在数字中频信号上，通过数模转换输出模拟中频信号送给发射机；发射机通过上变频将中频信号转换为射频信号，功率放大后通过发射天线辐射出去，照射被测雷达.为了保证模拟器发射信号的频率与接收信号频率一致，需要高稳定度的频率合成器，为发射机和接收机提供上变频和下变频所需的本振信号。为实现模拟器上述功能，要求模拟器射频前端性能指标如下：(1)信号波形：任意波形信号；(2)射频工作频率：C波段带宽600MHz，Ka波段带宽1GHz；(3)中频带宽：(30～60)MHz；(4)脉冲重频范围：30～10000Hz；脉冲宽度：1μs～300μs；(5)接收机输入信号动态范围：60dB；发射机输出信号动态范围：80dB；(6)功能指标：模拟目标距离：240m～60km；距离精度：10m；(7)模拟目标速度：-2000～2000m/s；速度精度：1.5m/s。接收机由C波段接收组件和Ka波段下变频器组成，其功能是接收雷达发射的C波段和Ka波段宽带射频信号，经滤波、增益控制和放大后分为两路，一路经对数检波放大器检出雷达射频脉冲，并与检波电平信号进行比较，生成视频检波信号，作为DRFM的同步信号；另一路转换为中频信号，经低通滤波后送给DRFM处理。发射机由C波段发射组件和Ka波段上变频器组成，由中频上变频模块、宽带射频上变频模块和宽带功率放大模块构成。随着雷达技术日新月异的发展，雷达的任务不仅仅包含测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标的速度以及其他有关目标的信息。但雷达发射的信号本身并不包含任何信息，只有当雷达发射的信号碰到目标后，目标对这个信号进行调制并反射(反射信号称为回波)，此时的回波中才包含目标的信息，对回波进行处理就可得到有关目标的信息。雷达目标模拟主要用于复现蕴含雷达目标信息和杂波信息的雷达回波信号。在现代雷达系统的研制和调试过程中，对雷达性能和指标的测试是一个重要的环节。如果雷达的整机调试和性能鉴定都采用外场试飞，即用真实目标(如飞机)给雷达提供测试信号，不仅需要花费大量的人力、财力和物力，而且也使系统的研制周期加长，甚至在某些情况下(如恶劣天气)是不可能实现的。雷达目标模拟技术是系统模拟技术与雷达技术相结合的产物，模拟的对象是雷达的目标和环境，模拟的结果是复现蕴含雷达目标及目标环境信息的雷达回波信号。实际上，这些雷达回波信号可以认为是由发射波形经过延迟和多普勒频移后的复现波形所构成。模拟技术广泛用于雷达分系统的调试、性能评价，是雷达前端不具备的条件下对系统后级进行分析调试以及对雷达整机性能和指标的检验。采用雷达目标模拟技术，可以缩短雷达的研制周期，减少雷达的研制费用、雷达操作手的培训费用等。多目标模拟器主要用于该雷达的多目标跟踪测量方式的检验、操作训练和任务前演练。此模拟器模拟的对象是多个运动目标，模拟的关键是目标的实时性和真实性，也就是说必须能模拟出各个目标的各种实时的运动姿态，以便检验雷达对各种不同运动姿态的目标的运动特征(如距离、速度、加速度)的测量与跟踪。在雷达出厂前，产生雷达调试、验证所需的目标回波和复杂电磁环境等特征信号，检验雷达截获跟踪流程、特征提取与识别功能，验证目标容量、数据率指标，检验目标分类正确率与处理时间、目标识别率以及雷达在干扰环境下的截获、跟踪、识别能力，有效减少外场试验。按需要规划测试雷达性能指标，产生特定目标信息和环境信息，发现雷达系统中的问题和不足，调整雷达系统参数，优化和提升系统综合性能。寻求一种体积小，重量轻、操作简便、测试准确、不受环境影响、适用各种雷达系统测试和校准的目标模拟器是该项研究的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足和限制，提供一种体积小、重量轻、成本低，工作性能稳定，工作带宽宽，信号控制动态范围大，可实现频段内噪声调制干扰，自动识别频段切换的多频段雷达目标模拟器。采用外置雷达目标模拟器的方式对相控阵雷达性能和功能进行检测的一种手段。实现本专利技术的技术解决方案如下：一种多频段雷达目标模拟器包括：连接现场可编程门阵列FPGA的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频段雷达目标模拟器，包括：连接现场可编程门阵列FPGA的发射同步器、相连参考晶振的功分器、锁相环PLL，数/模(D/A)转换器DAC和模/数/A(D)转换器ADC，通过电子射频开关相连取样锁相频率合成器PDRO的C波段和Ka波段收发天线，其特征在于：参考频率信号通过功分器分为三路，一路送到锁相环PLL1，第一本振频率LO1与C发射天线的射频信号进行下变频，得到统一的第一中频信号，产生Ka波段混频基准，另一路通过锁相环PLL2，第二本振频率LO2与C发射天线的射频信号进行下变频，产生L波段的中频混频基准；第三路参考频率信号功分后通过FPGA送到DAC、ADC中作为系统多频段目标模拟器核心模型时钟和采样时钟；C波段和Ka波段接收天线接收到跟踪雷达的发射信号，接收通道通过快速测频模块测出射频信号的频率，对射频信号下变频到中频，输出到相应的频率控制码到FPGA，FPGA通过ADC对发射中频模拟输入信号转换成数字信号的采样，计算对上变频数字锁相环PLL的频率控制字进行调整，输出相应频率控制字以产生上变频对应的一本振、二本振频率信号，同时FPGA也对中频信号进行采样、存储、通过延时输出基带数据到DAC中实现中频信号的还原，还原的中频信号与上变频一本振、二本振信号混频、选频、放大，上变频带通滤波和幅度控制后，形成C波段和Ka波段宽带射频信号，通过电子射频开关控制选通所需工作频段内C波段和Ka波段天线，输出所需频段内的各种波形信号，经发射天线辐射到空间。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多频段雷达目标模拟器，包括：连接现场可编程门阵列FPGA的发射同步器、相连参考晶振的功分器、锁相环PLL，数/模(D/A)转换器DAC和模/数/A(D)转换器ADC，通过电子射频开关相连取样锁相频率合成器PDRO的C波段和Ka波段收发天线，其特征在于：参考频率信号通过功分器分为三路，一路送到锁相环PLL1，第一本振频率LO1与C发射天线的射频信号进行下变频，得到统一的第一中频信号，产生Ka波段混频基准，另一路通过锁相环PLL2，第二本振频率LO2与C发射天线的射频信号进行下变频，产生L波段的中频混频基准；第三路参考频率信号功分后通过FPGA送到DAC、ADC中作为系统多频段目标模拟器核心模型时钟和采样时钟；C波段和Ka波段接收天线接收到跟踪雷达的发射信号，接收通道通过快速测频模块测出射频信号的频率，对射频信号下变频到中频，输出到相应的频率控制码到FPGA，FPGA通过ADC对发射中频模拟输入信号转换成数字信号的采样，计算对上变频数字锁相环PLL的频率控制字进行调整，输出相应频率控制字以产生上变频对应的一本振、二本振频率信号，同时FPGA也对中频信号进行采样、存储、通过延时输出基带数据到DAC中实现中频信号的还原，还原的中频信号与上变频一本振、二本振信号混频、选频、放大，上变频带通滤波和幅度控制后，形成C波段和Ka波段宽带射频信号，通过电子射频开关控制选通所需工作频段内C波段和Ka波段天线，输出所需频段内的各种波形信号，经发射天线辐射到空间。


2.如权利要求1所述多频段雷达目标模拟器，其特征在于：参考晶振信号通过功分器分为四路，一路送到Ka锁相环，产生Ka频段上下变频所用的混频基准；第二路参考晶振信号送到L锁相环产生L波段信号的混频基准；第三路参考晶振信号送到C锁相环产生C波段信号的混频基准；第四路参考晶振信号分别送到FPGA、DAC和ADC的时钟输入端作为采样时钟。


3.如权利要求1所述多频段雷达目标模拟器，其特征在于：接收工作Ka波段时，电子射频开关接通Ka下变频通道，Ka接收天线接收到信号通过与Ka频段混频基准下变频输出C波段信号，C波段信号再与C波段混频基准下变频输出L波段信号，然后再与L波段信混频基准输出中频信号送到ADC中采样。


4.如权利要求1所述多频段雷达目标模拟器，其特征在于：Ka波段接收天线接收到被测雷达Ka波段的发射信号，接收通道通过三次混频后送出中频信号，FPGA通过ADC对发射中频信号采样、并存储到FPGA内部的存储空间中，信号发生器接收到外部PRF触发后，通过内部时序进行固定延时后，FPGA提取存储发射中频数据送到DAC中，产生发射基带信号。


5.如权利要求1所述多频段雷达目标模拟器，其特征在于，发射基带与L波段混频基准混频后再与C波段发射中频混频混频后再与Ka波段混频基准混频，产生发射激励信号，通过调制放大器调制放大后送出；信号发生器的网络控制、PRF信号和10MHz时钟送到FPGA，FPGA调制后送光纤收发模块内，再通过光纤送到基带处理单元内FPGA进行解调后，控制信号发生器的工作状态；.如权利要求1所述多频段雷达目标模拟器，其特征在于：接收工作C波段时，电子射频开关接通C波段接收天线，接收信号通过与波段混频基准下变频输出L波段信号，然后再与L波段信混频基准输出中频信号送到ADC中采样，FPGA控制ADC对输入中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文宝，袁继钢，李鹏，费冶敏，霍立双，卢奎峰，
申请(专利权)人：零八一电子集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51