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多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)及其控制方法

文檔序號:5877876閱讀:198來源:國知局
專利名稱:多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)回波仿真技術(shù)領(lǐng)域,涉及多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)及其控制方法,采用數(shù)字電路、模擬電路和復(fù)雜儀表控制技術(shù)等進(jìn)行設(shè)計, 能夠同時模擬6路目標(biāo)中頻回波信號的輸出,完成運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)的實(shí)時計算,實(shí)現(xiàn)模擬 中頻回波信號距離時延、多普勒頻偏、兩維方向圖調(diào)制、幅度調(diào)制的實(shí)時控制。
背景技術(shù)
雷達(dá)目標(biāo)模擬器是雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的一個產(chǎn)物。在雷達(dá)產(chǎn)品的研制過程中,具有 重要作用,可以減少許多外場試驗(yàn),不但節(jié)約了產(chǎn)品的研制成本,還縮短了產(chǎn)品的研制 周期。因此在雷達(dá)業(yè)界頗受關(guān)注。目前,在國內(nèi)運(yùn)用于雷達(dá)的模擬器有簡單脈沖數(shù)字模 擬器,視頻模擬器,中頻模擬器等,但其功能都比較單一,不能很好模擬目標(biāo)的特性。 比如1)刊載于《電子技術(shù)應(yīng)用》2005年09期的“基于DSP、DDS和ARM雷達(dá)中 頻信號模擬器”(趙將,單濤,陶然著),它的系統(tǒng)設(shè)計采用了較先進(jìn)的DSP和DDS技 術(shù),能產(chǎn)生3路中頻模擬信號。但是不能產(chǎn)生I,Q正交調(diào)制模擬信號;可以作為一個 獨(dú)立的系統(tǒng),模擬雷達(dá)實(shí)時工作狀態(tài),不能作為雷達(dá)的一個分系統(tǒng)與雷達(dá)配合使用。2)刊載于《雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)》2006年01期的“通用搜索雷達(dá)模擬器的設(shè) 計”(江建民、賀瑞龍著)。該模擬器采用PC104、FPGA、DAC、模擬正交調(diào)制器、射 頻頻率綜合器以及和差方向圖匹配網(wǎng)絡(luò)組成,該模擬器結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高,主要用于模 擬單脈沖體制雷達(dá)的回波信號,且其方向圖匹配網(wǎng)絡(luò)放置在射頻頻綜之后,不但要求器 件性能高且方向圖單一,不具備通用性,不能滿足3D同時多波束雷達(dá)信號處理器的測試 要求。國外與此相關(guān)的技術(shù)未見公開。上述現(xiàn)有技術(shù)不能提供模擬器的多功能,以滿足模擬雷達(dá)在不同發(fā)射信號下對 不同運(yùn)動狀態(tài)的多目標(biāo)的探測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的雷達(dá)信號模擬器不能滿足模擬雷達(dá)在不同發(fā)射信號下,對不 同運(yùn)動狀態(tài)的多目標(biāo)的探測的缺陷,研制一種俯仰同時多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回 波仿真系統(tǒng),能夠同時產(chǎn)生6路模擬目標(biāo)中頻回波信號,對目標(biāo)回波信號的距離時延、 速度多普勒頻偏、回波幅度、俯仰/方位方向圖調(diào)制等進(jìn)行實(shí)時模擬,用于在實(shí)驗(yàn)室階 段對俯仰同時多波束體制雷達(dá)信號處理機(jī)脈沖壓縮、數(shù)字下變頻、MTI、MTD、CFAR、 點(diǎn)跡凝聚等功能進(jìn)行驗(yàn)證。本發(fā)明解決技術(shù)的方案①所提供的多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系 統(tǒng)由3塊目標(biāo)回波仿真板(回波1/2仿真板-主控板、回波3/4仿真板和回波5/6仿真 板)和任意波形發(fā)生器儀表工裝組成,回波仿真板以計算機(jī)模塊PC104、高速現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA、直接數(shù)字合成DDS技術(shù)、模擬電路設(shè)計技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計,任意波形發(fā)生器儀表工裝以儀表編程控制技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計;②所提供的多波束比幅測 角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)可采用兩種方法產(chǎn)生多波束比幅測角體制雷達(dá)同時6通道 模擬目標(biāo)回波,在不使用任意波形發(fā)生器儀表工裝時,3塊目標(biāo)回波仿真板即可實(shí)現(xiàn)同時 6通道模擬目標(biāo)中頻回波仿真功能,模擬目標(biāo)回波信號滿足雷達(dá)信號處理機(jī)脈沖壓縮、數(shù) 字下變頻、MTI、MTD(動目標(biāo)檢測)、點(diǎn)跡凝聚等功能的測試使用要求;在使用任意波 形發(fā)生器儀表工裝時,由回波1/2仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝即可實(shí)現(xiàn)同時6通道 模擬目標(biāo)中頻回波仿真功能,輸出回波幅度精度高,可在回波中加入噪聲,滿足雷達(dá)信 號處理機(jī)方位測角精度、俯仰測角精度、檢測改善因子測量等功能的使用;③通過使用 多通道任意波形發(fā)生器及儀表編程技術(shù),使目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)輸出的多通道回波信 號幅度按雷達(dá)PRF周期均可受天線方向圖調(diào)制,可輸出包含高精確方位角、俯仰角信息 的模擬目標(biāo)中頻回波信號,此外,通過GPIB總線編程控制任意波形發(fā)生器,實(shí)現(xiàn)任意波 形發(fā)生器通道輸出信號的快速切換功能,可滿足波束快速切換體制雷達(dá)的仿真要求。本發(fā)明由3塊目標(biāo)回波仿真板和任意波形發(fā)射器儀表工裝組成,每塊目標(biāo)回波 仿真板完成2路回波信號的產(chǎn)生,共產(chǎn)生6路回波信號,其中,目標(biāo)回波1/2仿真板作為 主控板,提供模擬產(chǎn)生的雷達(dá)碼盤信號、GPS秒脈沖信號給目標(biāo)回波3/4、5/6仿真板, 作為板間同步。本發(fā)明的目標(biāo)回波仿真板主要由PC104、FPGA、DDS、帶通濾波器、驅(qū)動電 路和電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計構(gòu)成,PC104模塊作為CPU完成板間通信、模擬目標(biāo)參數(shù)實(shí)時計 算、板內(nèi)控制等功能;FPGA器件完成與PC104之間ISA總線通信、回波碼型存儲、回 波時延控制和DDS控制等功能,目標(biāo)回波1/2仿真板(主板)上FPGA同時負(fù)責(zé)產(chǎn)生模 擬的GPS秒脈沖信號和碼盤信號;DDS器件完成雷達(dá)碼型I/Q數(shù)字信號的串并轉(zhuǎn)換、插 值、I/Q正交合成、數(shù)字上變頻、D/A數(shù)模變換和幅度控制;帶通濾波器對目標(biāo)回波仿 真板產(chǎn)生的回波信號進(jìn)行濾波,濾除帶外雜波。本發(fā)明的目標(biāo)回波1/2仿真板可通過串口與任意波形發(fā)生器儀表工裝建立通 信,提供模擬目標(biāo)回波信號輸出的起始觸發(fā)脈沖和目標(biāo)實(shí)時回波幅度信息給儀表工裝, 實(shí)現(xiàn)對儀表工裝的控制。本發(fā)明基于多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)的仿真控制方法,包括 對模擬目標(biāo)回波兩維方向圖調(diào)制的控制,對模擬目標(biāo)回波延時、多普勒頻偏、回波幅度 的控制,對模擬目標(biāo)回波加入噪聲的控制,對雷達(dá)俯仰第6與第7波束進(jìn)行切換輸出的控 制1)對模擬目標(biāo)回波兩維方向圖調(diào)制的控制在僅使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同 時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真時,每塊目標(biāo)回波仿真板的PC104計算機(jī)模塊能夠存 儲雷達(dá)俯仰方位兩維方向圖,雷達(dá)方向圖數(shù)據(jù)采用最大歸一方式存儲,當(dāng)目標(biāo)回波仿真 板按照模擬目標(biāo)實(shí)時距離完成回波幅度計算后,使用存儲的雷達(dá)兩維方向圖數(shù)據(jù)對回波 幅度進(jìn)行調(diào)制,得到最終模擬目標(biāo)回波幅度,并通過FPGA、DDS實(shí)現(xiàn)輸出回波信號的 幅度控制。在使用目標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬 目標(biāo)中頻回波信號仿真時,儀表工裝通過程控技術(shù)儲存雷達(dá)俯仰方位兩維方向圖,目標(biāo) 1/2回波仿真板發(fā)送計算的模擬目標(biāo)實(shí)時回波幅度給儀表工裝,儀表工裝使用存儲的雷達(dá)兩維方向圖數(shù)據(jù)對模擬目標(biāo)回波幅度進(jìn)行調(diào)制,并完成信號輸出。2)對模擬目標(biāo)回波延時/多普勒頻偏/回波幅度的控制多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)工作時,設(shè)定仿真起始時刻為0時刻,然后通過外部輸入的時鐘信號 進(jìn)行計時,依據(jù)模擬目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)完成模擬目標(biāo)實(shí)時位置和徑向速度的計算,根據(jù)得到 的距離和徑向速度計算得到模擬目標(biāo)回波幅度和多普勒頻偏,并通過FPGA設(shè)置模擬目 標(biāo)回波起始觸發(fā)脈沖的延時值,實(shí)現(xiàn)回波延時控制,通過FPGA設(shè)置DDS的頻偏寄存器 數(shù)值,實(shí)現(xiàn)回波多普勒頻偏控制。在使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo) 中頻回波信號仿真時,通過FPGA設(shè)置DDS的幅度寄存器數(shù)值,實(shí)現(xiàn)回波幅度控制;在 使用目標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信 號仿真時,通過儀表程控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對任意波形發(fā)射器輸出信號幅度的控制。3)對模擬目標(biāo)回波加入噪聲的控制在使用目標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生 器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真時,可以通過儀表程控技術(shù)在任 意波形發(fā)射器輸出目標(biāo)回波信號時,加入高斯噪聲,并且噪聲功率譜密度可控,從而實(shí) 現(xiàn)對輸出模擬目標(biāo)回波信噪比的控制,使得能夠檢測雷達(dá)信號處理機(jī)的檢測改善因子。4)對雷達(dá)俯仰6/7波束進(jìn)行切換輸出的控制當(dāng)俯仰同時多波束體制雷達(dá)為了實(shí) 現(xiàn)高空覆蓋和波束掃描時間的最佳匹配時,需要對高俯仰角波束的單通道切換輸出。多 波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)在兩種方案下均可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)雙波束的單通道 切換輸出,在僅使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真時, 由目標(biāo)回波仿真板實(shí)時計算模擬目標(biāo)在俯仰雙波束的回波幅度和多普勒頻率,并通過 FPGA、DDS實(shí)時單通道輸出回波信號幅度、多普勒頻點(diǎn)的雙通道切換輸出;在使用目 標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真 時,通過儀表程控技術(shù)使用兩個波束的方向圖數(shù)據(jù)對模擬目標(biāo)回波幅度進(jìn)行切換調(diào)制, 實(shí)現(xiàn)雙波束的單通道切換輸出。本發(fā)明多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)占.
^ \\\ ·第一,本發(fā)明可采用兩種方案實(shí)現(xiàn)同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號的仿真, 提供了不同的輸出幅度精度,能夠滿足不同精度要求的雷達(dá)信號處理機(jī)使用,減少了研 發(fā)成本浪費(fèi)。第二,本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)模擬目標(biāo)運(yùn)動軌跡的實(shí)時計算、產(chǎn)生模擬目標(biāo)回波參 數(shù),并能夠同時輸出6路模擬目標(biāo)回波信號,滿足了同時多波束體制雷達(dá)信號處理機(jī)對 仿真回波信號的使用要求。第三,本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)雙波束模擬目標(biāo)回波的單通道切換輸出,滿足了具有該 特征雷達(dá)的使用要求。第四,本發(fā)明采用儀表程控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模擬目標(biāo)回波信號的噪聲疊加,實(shí)現(xiàn)了 對模擬目標(biāo)回波信噪比的控制,能夠?qū)走_(dá)信號處理機(jī)檢測改善因子進(jìn)行測試。


圖1本發(fā)明多波束比副測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成2本發(fā)明多波束比副測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)FPGA設(shè)計原理圖
圖3本發(fā)明多波束比副測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)軟件流程圖
具體實(shí)施例方式參見圖1,本發(fā)明由3塊目標(biāo)回波仿真板(回波1/2仿真板-主控板、回波3/4 仿真板、回波5/6仿真板)和任意波形發(fā)生器儀表工裝組成。回波仿真板以計算機(jī)模塊 PC104、高速現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA、直接數(shù)字合成器DDS、模擬電路為核心進(jìn)行 設(shè)計。任意波形發(fā)生器儀表工裝以儀表編程控制技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計,任意波形發(fā)射器 儀表工裝由2臺3通道任意波形發(fā)射器組成。其中,PC104模塊作為CPU完成板間通 信、模擬目標(biāo)參數(shù)實(shí)時計算、板內(nèi)控制等功能;FPGA器件完成與PC104之間ISA總線 通信、回波碼型存儲、回波時延控制和DDS控制等功能,目標(biāo)回波1/2仿真板(主控板) 上FPGA同時負(fù)責(zé)產(chǎn)生模擬的GPS秒脈沖信號和碼盤信號;DDS器件完成雷達(dá)碼型I/Q 數(shù)字信號的串并轉(zhuǎn)換、插值、I/Q正交合成、數(shù)字上變頻、D/A數(shù)模變換和幅度控制; 帶通濾波器對目標(biāo)回波仿真板產(chǎn)生的回波信號進(jìn)行濾波,濾除帶外雜波。本發(fā)明工作時,通過鍵盤響應(yīng)方式或信號處理機(jī)串口控制方式控制回波1/2仿 真板(主控板)仿真開始或仿真結(jié)束。仿真開始后,目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)的回波1/2 仿真板提供模擬碼盤信號和GPS秒脈沖信號給信號處理機(jī),作為方位同步和時間同步使 用。參見圖2,本發(fā)明的目標(biāo)回波仿真板內(nèi)高速現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA完成與 PC104計算機(jī)模塊間的自定義高速并行總線管理、直接數(shù)字合成DDS器件管理、模擬碼 盤管理、模擬GPS秒脈沖管理和儀表工裝控制管理等功能。FPGA程序采用塊圖方式和 VHDL語言混合編程計為軟件IP核,其DDS器件控制功能采用軟件IP核方式管理,具有 良好的硬件移植性和功能剪裁性。DDS器件控制軟件IP核工作原理見附圖2所示,DDS 器件控制軟件IP核內(nèi)存雷達(dá)回波信號碼型,實(shí)現(xiàn)模擬目標(biāo)回波起始觸發(fā)脈沖的時延,并 負(fù)責(zé)管理與DDS器件之間的數(shù)據(jù)總線、時序控制和通信管理以及儀表控制時序產(chǎn)生,從 而實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)模擬目標(biāo)回波信號幅度、時延、多普勒頻偏的控制。本發(fā)明可采用兩種仿真控制方法產(chǎn)生多波束比幅測角體制雷達(dá)同時6通道模擬 目標(biāo)回波[1]用3塊目標(biāo)回波仿真板即可實(shí)現(xiàn)同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波仿真功能;采 用這種方法進(jìn)行模擬目標(biāo)回波仿真時,3塊目標(biāo)回波仿真板輸出的6路回波信號可直接輸 出給信號處理機(jī),作為俯仰同時6波束的模擬回波信號。[2]使用任意波形發(fā)生器儀表工裝和回波1/2仿真板實(shí)現(xiàn)同時6通道模擬目標(biāo)中 頻回波仿真功能;采用這種方法進(jìn)行模擬目標(biāo)回波信號仿真時,具有輸出幅度精度高、 可加入噪聲等特點(diǎn)。任意波形發(fā)射器儀表工裝通過使用多通道任意波形發(fā)生器及儀表編 程技術(shù),使目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)輸出的多通道回波信號幅度按雷達(dá)PRF周期均可受天 線方向圖調(diào)制,可輸出包含高精確方位角、俯仰角信息的模擬目標(biāo)中頻回波信號。此 夕卜,通過GPIB總線編程控制任意波形發(fā)生器,實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器通道輸出信號的快速 切換功能,可滿足波束快速切換雷達(dá)體制的測試要求。本發(fā)明基于多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)的仿真控制方法,包括 對模擬目標(biāo)回波兩維方向圖調(diào)制的控制,對模擬目標(biāo)回波延時、多普勒頻偏、回波幅度的控制,對模擬目標(biāo)回波加入噪聲的控制,對雷達(dá)俯仰第6與第7波束進(jìn)行切換輸出的控 制1)對模擬目標(biāo)回波兩維方向圖調(diào)制的控制在僅使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同 時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真時,每塊目標(biāo)回波仿真板的PC104計算機(jī)模塊能夠存 儲雷達(dá)俯仰方位兩維方向圖,雷達(dá)方向圖數(shù)據(jù)采用最大歸一方式存儲,當(dāng)目標(biāo)回波仿真 板按照模擬目標(biāo)實(shí)時距離完成回波幅度計算后,使用存儲的雷達(dá)兩維方向圖數(shù)據(jù)對回波 幅度進(jìn)行調(diào)制,得到最終模擬目標(biāo)回波幅度,并通過FPGA、DDS實(shí)現(xiàn)輸出回波信號的 幅度控制。在使用目標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬 目標(biāo)中頻回波信號仿真時,儀表工裝通過程控技術(shù)儲存雷達(dá)俯仰方位兩維方向圖,目標(biāo) 1/2回波仿真板發(fā)送計算的模擬目標(biāo)實(shí)時回波幅度給儀表工裝,儀表工裝使用存儲的雷達(dá) 兩維方向圖數(shù)據(jù)對模擬目標(biāo)回波幅度進(jìn)行調(diào)制,并完成信號輸出。
2)對模擬目標(biāo)回波延時/多普勒頻偏/回波幅度的控制多波束比幅測角雷達(dá)目 標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)工作時,設(shè)定仿真起始時刻為0時刻,然后通過外部輸入的時鐘信 號進(jìn)行計時,依據(jù)模擬目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)完成模擬目標(biāo)實(shí)時位置和徑向速度的計算,根據(jù)得 到的距離和徑向速度計算得到模擬目標(biāo)回波幅度和多普勒頻偏,并通過FPGA設(shè)置模擬 目標(biāo)回波起始觸發(fā)脈沖的延時值,實(shí)現(xiàn)回波延時控制,通過FPGA設(shè)置DDS的頻偏寄存 器數(shù)值,實(shí)現(xiàn)回波多普勒頻偏控制。在使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目 標(biāo)中頻回波信號仿真時,通過FPGA設(shè)置DDS的幅度寄存器數(shù)值,實(shí)現(xiàn)回波幅度控制; 在使用目標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波 信號仿真時,通過儀表程控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對任意波形發(fā)射器輸出信號幅度的控制。3)對模擬目標(biāo)回波加入噪聲的控制在使用目標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生 器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真時,可以通過儀表程控技術(shù)在任 意波形發(fā)射器輸出目標(biāo)回波信號時,加入高斯噪聲,并且噪聲功率譜密度可控,從而實(shí) 現(xiàn)對輸出模擬目標(biāo)回波信噪比的控制,使得能夠檢測雷達(dá)信號處理機(jī)的檢測改善因子。4)對雷達(dá)俯仰6/7波束進(jìn)行切換輸出的控制當(dāng)俯仰同時多波束體制雷達(dá)為了實(shí) 現(xiàn)高空覆蓋和波束掃描時間的最佳匹配時,需要對高俯仰角波束的單通道切換輸出。多 波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)在兩種方案下均可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)雙波束的單通道 切換輸出,在僅使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真時, 由目標(biāo)回波仿真板實(shí)時計算模擬目標(biāo)在俯仰雙波束的回波幅度和多普勒頻率,并通過 FPGA、DDS實(shí)時單通道輸出回波信號幅度、多普勒頻點(diǎn)的雙通道切換輸出;在使用目 標(biāo)1/2回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真 時,通過儀表程控技術(shù)使用兩個波束的方向圖數(shù)據(jù)對模擬目標(biāo)回波幅度進(jìn)行切換調(diào)制, 實(shí)現(xiàn)雙波束的單通道切換輸出。參見圖3,本發(fā)明模擬目標(biāo)回波仿真程序?yàn)槔走_(dá)加電后,模擬目標(biāo)回波仿真 板完成初始化,模擬開始,目標(biāo)回波仿真板實(shí)時計算當(dāng)前的仿真時間,并實(shí)時計算模擬 運(yùn)動目標(biāo)的位置和雷達(dá)波束掃描方位,然后判斷模擬目標(biāo)是否與雷達(dá)掃描波束交匯,當(dāng) 發(fā)生交匯時,目標(biāo)回波仿真板根據(jù)模擬目標(biāo)當(dāng)前位置及速度實(shí)時計算模擬回波的距離時 間延遲和多普勒頻偏,并使用存儲的雷達(dá)方位俯仰兩維最大歸一方向圖數(shù)據(jù)對回波幅度 進(jìn)行調(diào)制,生成控制目標(biāo)回波的DDS參數(shù)。在下一個CPI(相參處理間隔)起始時刻,目標(biāo)回波仿真板進(jìn)入CPI中斷完成對DDS器件的控制參數(shù)寫入,實(shí)現(xiàn)對下一 CPI周期內(nèi) DDS輸出模擬目標(biāo)回波幅度、頻偏、時延等參數(shù)的控制。周而復(fù)始,目標(biāo)回波仿真板完 成每個CPI周期模擬目標(biāo)的交匯判斷、回波參數(shù)計算、回波控制等功能,實(shí)現(xiàn)連續(xù)的模 擬目標(biāo)回波仿真。 將圖1所示的回波仿真系統(tǒng)應(yīng)用在某搜索雷達(dá)信號處理機(jī)上,其仿真過程為 雷達(dá)信號處理機(jī)向目標(biāo)回波仿真系統(tǒng)提供CPI觸發(fā)脈沖和PRF觸發(fā)脈沖,目標(biāo)回波仿真 系統(tǒng)向信號處理機(jī)提供模擬的雷達(dá)碼盤信號和GPS秒脈沖信號,供系統(tǒng)間時間同步、方 位同步使用。模擬開始后,回波仿真系統(tǒng)和信號處理機(jī)均使用模擬雷達(dá)碼盤信號(包含 正北信號、增量脈沖信號)進(jìn)行雷達(dá)波束掃描方位計算,回波仿真系統(tǒng)置模擬開始時刻 為0秒,同時使用外部提供的時鐘信號進(jìn)行時間計數(shù),得到模擬的絕對時間。在每一個 CPI周期內(nèi),回波仿真系統(tǒng) 計算下一個CPI周期起始時刻的絕對時間、目標(biāo)運(yùn)動位置、 雷達(dá)波束掃描方位,并判斷運(yùn)動目標(biāo)是否會在下一個CPI周期內(nèi)與雷達(dá)波束交匯,若交 匯,則計算當(dāng)時的目標(biāo)位置、速度,得到模擬目標(biāo)回波的幅度、多普勒頻偏、距離時延 等參數(shù),并使用雷達(dá)方向圖對回波幅度進(jìn)行調(diào)制。在下一個CPI周期的起始時刻(CPI觸 發(fā)脈沖上升沿處),回波仿真系統(tǒng)設(shè)置好板內(nèi)DDS的工作參數(shù),實(shí)現(xiàn)下一個CPI周期內(nèi) 模擬目標(biāo)回波信號的仿真輸出。將同時6通道的模擬回波信號接入信號處理機(jī),信號處 理機(jī)對回波信號進(jìn)行采樣、脈壓等一系列處理后,得到目標(biāo)點(diǎn)跡。通過比對信號處理機(jī) 檢測得到的目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)與回波仿真系統(tǒng)計算的目標(biāo)理論點(diǎn)跡數(shù)據(jù),即可對信號處理機(jī) 的功能和性能進(jìn)行驗(yàn)證。
權(quán)利要求
1.多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng),其特征在于回波仿真系統(tǒng)由3塊 目標(biāo)回波仿真板和任意波形發(fā)射器儀表工裝組成,每塊目標(biāo)回波仿真板完成2路回波信 號的產(chǎn)生,共產(chǎn)生6路回波信號直接輸出給信號處理機(jī),作為俯仰同時6路波束的模擬回 波信號;所述回波仿真板包括計算機(jī)模塊PC104、高速現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA、直 接數(shù)字合成DDS、帶通濾波器、驅(qū)動電路和電平轉(zhuǎn)換電路,其中,PC104模塊作為CPU 完成板間通信、模擬目標(biāo)參數(shù)實(shí)時計算、板內(nèi)控制功能;FPGA器件完成與PC104之間 ISA總線通信、回波碼型存儲、回波時延控制和DDS控制功能,設(shè)在目標(biāo)回波仿真主板 上的FPGA還產(chǎn)生模擬GPS秒脈沖信號和碼盤信號給其它兩塊目標(biāo)回波仿真板作為板間 同步;DDS器件完成雷達(dá)碼型I/Q數(shù)字信號的串并轉(zhuǎn)換、插值、I/Q正交合成、數(shù)字上 變頻、D/A數(shù)模變換和幅度控制;帶通濾波器對目標(biāo)回波仿真板產(chǎn)生的回波信號進(jìn)行濾 波,濾除帶外雜波;驅(qū)動電路完成目標(biāo)回波仿真系統(tǒng)輸出TTL電平信號的驅(qū)動;電平轉(zhuǎn) 換電路完成目標(biāo)回波仿真系統(tǒng)內(nèi)外TTL電平信號和RS-442差分電平信號的轉(zhuǎn)換;所述任 意波形發(fā)生器儀表工裝由多通道任意波形發(fā)生器構(gòu)成,通過采用儀表編程,使目標(biāo)中頻 回波仿真系統(tǒng)輸出的多通道回波信號幅度按雷達(dá)PRF周期受天線方向圖調(diào)制,輸出包含 高精確方位角、俯仰角信息的模擬目標(biāo)中頻回波信號;所述目標(biāo)回波仿真主板通過串口 與任意波形發(fā)生器儀表工裝建立通信,提供模擬目標(biāo)回波信號輸出的起始觸發(fā)脈沖和目 標(biāo)實(shí)時回波幅度信息給儀表工裝,實(shí)現(xiàn)對儀表工裝的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng),其特征在于 所述高速現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA的控制程序采用軟件IP核方式管理DDS器件, DDS器件控制軟件IP核內(nèi)存雷達(dá)回波信號碼型,實(shí)現(xiàn)模擬目標(biāo)回波起始觸發(fā)脈沖的時 延,并負(fù)責(zé)管理與DDS器件之間的數(shù)據(jù)總線、時序控制和通信管理以及產(chǎn)生儀表控制時 序,從而實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)模擬目標(biāo)回波信號幅度、時延、多普勒頻偏的控制。
3.基于多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真的控制方法,其特征在于采用兩種 方法同時產(chǎn)生多波束比幅測角體制雷達(dá)6通道模擬目標(biāo)回波一種方法用3塊目標(biāo)回波仿真板實(shí)現(xiàn)同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波仿真功能;另一種方法用回波仿真主板和任意波形發(fā)生器儀表工裝實(shí)現(xiàn)同時6通道模擬目標(biāo)中 頻回波仿真功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真控制方法,其特征 在于目標(biāo)回波仿真模擬包括對模擬目標(biāo)回波兩維方向圖調(diào)制的控制,對模擬目標(biāo)回波 延時、多普勒頻偏、回波幅度的控制,對模擬目標(biāo)回波加入噪聲的控制,對雷達(dá)俯仰第6 與第7波束進(jìn)行切換輸出的控制[1]對模擬目標(biāo)回波兩維方向圖調(diào)制的控制a)使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真,每塊目標(biāo) 回波仿真板的PC104計算機(jī)模塊存儲雷達(dá)俯仰方位兩維方向圖,雷達(dá)方向圖數(shù)據(jù)采用最 大歸一方式存儲,當(dāng)目標(biāo)回波仿真板按照模擬目標(biāo)實(shí)時距離完成回波幅度計算后,使用 存儲的雷達(dá)兩維方向圖數(shù)據(jù)對回波幅度進(jìn)行調(diào)制,得到最終模擬目標(biāo)回波幅度,并通過 FPGA和DDS實(shí)現(xiàn)輸出回波信號的幅度控制;b)使用目標(biāo)回波仿真主板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻 回波信號仿真,儀表工裝通過程序控制儲存雷達(dá)俯仰方位兩維方向圖,目標(biāo)回波仿真主板發(fā)送計算的模擬目標(biāo)實(shí)時回波幅度給儀表工裝,儀表工裝使用存儲的雷達(dá)兩維方向圖 數(shù)據(jù)對模擬目標(biāo)回波幅度進(jìn)行調(diào)制,完成信號輸出;[2]對模擬目標(biāo)回波延時/多普勒頻偏/回波幅度的控制多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)工作時,設(shè)定仿真起始時刻為0時刻, 然后通過外部輸入的時鐘信號進(jìn)行計時,依據(jù)模擬目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)完成模擬目標(biāo)實(shí)時位置 和徑向速度的計算,根據(jù)得到的距離和徑向速度計算得到模擬目標(biāo)回波幅度和多普勒頻 偏,并通過FPGA設(shè)置模擬目標(biāo)回波起始觸發(fā)脈沖的延時值,實(shí)現(xiàn)回波延時控制,通過 FPGA設(shè)置DDS的頻偏寄存器數(shù)值,實(shí)現(xiàn)回波多普勒頻偏控制;a)使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真,通過FPGA 設(shè)置DDS的幅度寄存器數(shù)值,實(shí)現(xiàn)回波幅度控制;b)使用目標(biāo)回波仿真主板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻 回波信號仿真,通過儀表程控實(shí)現(xiàn)對任意波形發(fā)射器輸出信號幅度的控制;[3]對模擬目標(biāo)回波加入噪聲的控制使用目標(biāo)回波仿真主板和任意波形發(fā)生器儀表工 裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真,通過儀表程序控制在任意波形發(fā)射器輸 出目標(biāo)回波信號時,加入高斯噪聲,使噪聲功率譜密度可控,從而實(shí)現(xiàn)對輸出模擬目標(biāo) 回波信噪比的控制,能夠檢測雷達(dá)信號處理機(jī)的檢測改善因子;[4]對雷達(dá)俯仰6/7波束進(jìn)行切換輸出的控制當(dāng)俯仰同時多波束體制雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)高空 覆蓋和波束掃描時間的最佳匹配時,需要對高俯仰角波束的單通道切換輸出a)使用3塊目標(biāo)回波仿真板進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻回波信號仿真,由目標(biāo)回波 仿真板實(shí)時計算模擬目標(biāo)在俯仰雙波束的回波幅度和多普勒頻率,并通過FPGA與DDS 實(shí)時單通道輸出回波信號幅度與多普勒頻點(diǎn)的雙通道切換輸出;b)使用目標(biāo)回波仿真主板和任意波形發(fā)生器儀表工裝進(jìn)行同時6通道模擬目標(biāo)中頻 回波信號仿真,通過儀表程控技術(shù)使用兩個波束的方向圖數(shù)據(jù)對模擬目標(biāo)回波幅度進(jìn)行 切換調(diào)制,實(shí)現(xiàn)雙波束的單通道切換輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及多波束比幅測角雷達(dá)目標(biāo)中頻回波仿真系統(tǒng)及其控制方法,涉及雷達(dá)目標(biāo)回波仿真領(lǐng)域。系統(tǒng)由3塊目標(biāo)回波仿真板和任意波形發(fā)生器儀表工裝組成?;夭ǚ抡姘逡杂嬎銠C(jī)模塊PC104、FPGA、直接數(shù)字合成DDS技術(shù)、模擬電路為核心設(shè)計,任意波形發(fā)生器儀表工裝以儀表編程控制,實(shí)現(xiàn)多波束比幅測角體制雷達(dá)同時6個通道的模擬目標(biāo)中頻回波仿真,對模擬目標(biāo)回波的距離時延、回波幅度、多普勒頻偏、碼型、方向圖調(diào)制、噪聲疊加等參數(shù)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)雙波束回波的單通道切換輸出,滿足該體制雷達(dá)信號處理機(jī)的試驗(yàn)使用要求。本發(fā)明使用任意波形發(fā)生器儀表工裝,提高了輸出回波信號幅度精度,目標(biāo)回波仿真板中FPGA內(nèi)控制程序采用軟件IP核設(shè)計,方便硬件移植剪裁。
文檔編號G01S7/41GK102023293SQ20101028145
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者嚴(yán)超, 朱思橋, 潘麗娟, 肖開建, 肖秋, 蔡興雨 申請人:中國兵器工業(yè)第二○六研究所
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