CN106842156A - 一种动目标信号再辐射测距精度标校设备 - Google Patents

一种动目标信号再辐射测距精度标校设备 Download PDF

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杨利斌
赵建军
王毅
袁胜智
姚跃亭
桑德
桑德一
姚刚
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Abstract

本发明公开了一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，包括天线，所述天线的输出端与收发开关的输入端电连接，所述收发开关的输出端与放大器一的输入端电连接，所述放大器一的输出端与耦合器的输入端电连接，所述耦合器的输出端与变频模块一的输入端电连接，所述变频模块一的输入端与PDRO1的输出端电连接，所述变频模块一的输出端与储频模块的输入端电连接，所述储频模块用于采集多普勒频率和目标运动，所述储频模块的输出端与变频模块二的输入端电连接。本发明的动目标信号模拟雷达测距精度标校技术解决了雷达距离测量动态标校的技术问题，与静态固定靶标标校方法相比，有效抑制雷达测距动态误差，提高了标校精度。

Description

一种动目标信号再辐射测距精度标校设备
技术领域
本发明涉及水面舰船雷达目标距离探测设备技术领域，具体为一种动目标信号再辐射测距精度标校设备。
背景技术
雷达距离标校的主要目的是消除雷达中电子设备在信号传输过程中产生的附加时间延迟对距离测量精确度的影响，雷达距离测量标校需要使用专门的雷达距离测量靶标，静目标靶标一般选用三角形反射器制作，其等效反射面积需要根据制导雷达的工作频段和威力来决定，一个边长为α的三角形反射器的等效反射面积为σ＝4π(0.289a2)2/λ2，λ为雷达的工作波长。雷达距离测量用的靶标安装在雷达的视线距离以内，考虑到地球曲率的影响，最远的视线距离R与雷达的架设高度H1和靶标的安装高度H2有关，即式中的单位是km。雷达与靶标之间的地势要平坦，无障碍物，靶标周围无大的散射物体。雷达距离测量靶标安装地点的坐标要经过大地测量定位，为了保证标校的精确度，大地测量精度应小于1/3雷达测距误差，标校时，雷达要多次对靶标进行测距，通过计算统计平均的方法得出精确的距离值。
传统的雷达探测的目标一般是运动目标，采用运动目标信号模拟技术来对雷达进行距离精度校准，其探测误差大，精确度极低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，以解决传统的雷达探测的目标一般是运动目标，采用运动目标信号模拟技术来对雷达进行距离精度校准，其探测误差大，精确度极低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，包括天线，所述天线的输出端与收发开关的输入端电连接，所述收发开关的输出端与放大器一的输入端电连接，所述放大器一的输出端与耦合器的输入端电连接，所述耦合器的输出端与变频模块一的输入端电连接，所述变频模块一的输入端与PDRO1的输出端电连接，所述变频模块一的输出端与储频模块的输入端电连接，所述储频模块用于采集多普勒频率和目标运动，所述储频模块的输出端与变频模块二的输入端电连接，所述变频模块二的输出端与变频模块三的输入端电连接，所述变频模块三的输入端与PDRO3的输出端电连接，所述变频模块二的输入端与PDRO2的输出端电连接，所述变频模块三的输出端与放大器二的输入端电连接，所述放大器二的输出端与数控衰减器的输入端电连接，所述数控衰减器的输出端与功放的输入端电连接，所述功放的输出端与收发开关的输入端电连接，所述耦合器的输出端与检波器的输入端电连接，所述检波器的输出端与控制电路的输入端电连接，所述控制电路的输出端与收发开关的输入端电连接。
优选的，所述储频模块包括ADC，所述ADC用于采集中频信号，所述ADC的输出端通过电平转换模块一与设置在FPGA内部的串并转换模块的输入端电连接，所述串并联转换模块的输出端分别与双口RAM和MUX和延时控制多普勒频率控制模块的输入端电连接，所述延时控制多普勒频率控制模块的输出端通过MMUXX与MUX的输入端电连接，所述双口RAM的输出端与MMUXX的输入端电连接，所述MUX的输出端依次通过并串转换模块、电平转换模块二与DAC的输入端电连接。
优选的，所述ADC的输入端与时钟分配网络的输出端电连接，所述ADC的输出端依次通过定时控制信号处理模块和存储控制模块与调用控制模块的输入端电连接，所述定时控制信号的输出端分别与MMUXX和MUX的输入端电连接，所述存储控制模块和调用控制模块的输出端均与双口RAM的输入端电连接，所述存储控制模块和调用控制模块的输入端均与控制总线接口模块的输出端电连接。
优选的，所述放大器一采用低噪声放大器，其型号为AMF-3F-2600400-33-8P。
优选的，所述检波器的型号为DS2640。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的动目标信号模拟雷达测距精度标校技术解决了雷达距离测量动态标校的技术问题，与静态固定靶标标校方法相比，有效抑制雷达测距动态误差，提高了标校精度。
2、本发明与放飞高速靶机标校方法相比，动目标信号模拟雷达测距精度标校操作简单、使用方便和效率高，适用于舰艇系泊状态下的雷达标校，高速靶机费用昂贵和放飞受环境条件制约，飞行航路受限，舰艇必须在航行状态实施标校，动用资源大且存在安全隐患。
附图说明
图1为本发明的功能示意图；
图2为本发明储频模块原理示意图；
图3为本发明软件流程示意图；
图4为本发明控制信号时序关系示意图；
图5为本发明的角锥喇叭立体图；
图6为本发明的角锥喇叭平面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，包括天线，天线的输出端与收发开关的输入端电连接，收发开关的输出端与放大器一的输入端电连接，放大器一的输出端与耦合器的输入端电连接，放大器一采用低噪声放大器，其型号为AMF-3F-2600400-33-8P，耦合器的输出端与变频模块一的输入端电连接，变频模块一的输入端与PDRO1的输出端电连接，变频模块一的输出端与储频模块的输入端电连接，储频模块用于采集多普勒频率和目标运动，储频模块的输出端与变频模块二的输入端电连接，变频模块二的输出端与变频模块三的输入端电连接，变频模块三的输入端与PDRO3的输出端电连接，变频模块二的输入端与PDRO2的输出端电连接，变频模块三的输出端与放大器二的输入端电连接，放大器二的输出端与数控衰减器的输入端电连接，数控衰减器的输出端与功放的输入端电连接，功放的输出端与收发开关的输入端电连接，耦合器的输出端与检波器的输入端电连接，检波器的型号为DS2640，检波器的输出端与控制电路的输入端电连接，控制电路的输出端与收发开关的输入端电连接。
储频模块包括ADC，ADC用于采集中频信号，ADC的输出端通过电平转换模块一与设置在FPGA内部的串并转换模块的输入端电连接，串并联转换模块的输出端分别与双口RAM和MUX和延时控制多普勒频率控制模块的输入端电连接，延时控制多普勒频率控制模块的输出端通过MMUXX与MUX的输入端电连接，双口RAM的输出端与MMUXX的输入端电连接，MUX的输出端依次通过并串转换模块、电平转换模块二与DAC的输入端电连接，ADC的输入端与时钟分配网络的输出端电连接，ADC的输出端依次通过定时控制信号处理模块和存储控制模块与调用控制模块的输入端电连接，定时控制信号的输出端分别与MMUXX和MUX的输入端电连接，存储控制模块和调用控制模块的输出端均与双口RAM的输入端电连接，存储控制模块和调用控制模块的输入端均与控制总线接口模块的输出端电连接，DC/DC变换器将27V直流电压转换成各个微波模块需要的直流电压，主要有+12V、+5V和-5V。
收发开关是一个单刀双掷开关，该开关工作在Ka频段，***损耗优于4dB，隔离度优于60dB，驻波优于2，开关时间优于100ns，承受功率根据接收到信号的功率和辐射出去的功率大小来设计，控制信号控制收发开关的动作，检波信号用于控制开关的选择，T/R开关处于接收状态，当接收到射频信号时，检波器会输出视频检波信号，收到检波视频信号后，T/R开关转换到发射状态，待转发信号输出后，再将T/R转到接收状态。
喇叭天线是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，如图所示，由于是波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。
角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的，矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为DH×DE，其E面(yz面)内虚顶点到口径中点的距离为RE，H面(xz面)内虚顶点到口径中点的距离为RH。
增益和效率：
通过角锥喇叭的口径场可计算其增益和效率：
得：
式中：
该天线的增益位25dBi，波束宽度7°
耦合器主路输出信号通过下变频器将Ka频段的信号直接混频到储频工作的频段，储频的作用是将接受到信号增加多普勒频率以及时间延时模拟目标运动，储频输出信号在通过两次上变频后输出Ka频段，两次上变频的本振频率之和与第一次下变频的频率相同，以确保接收到的频率和辐射出去的频率相同，下变频采用一次变频是因为本振频率和射频频率都比较高，直接下变频输出杂散比较好控制，输出信号基本没有交调信号在输出信号带内，而上变频由于中频频率比较低，如果一次上变频，则输出Ka频段的射频信号的本振难以控制的比较好，因此分两次上变频，这样可以比较好的控制输出信号的杂散信号。
收发开关后面的放大器采用低噪声放大器以确保整个接收支路的信号的信噪比，该放大器的频率范围是26GHz-40GHz，增益大于18dB，增益平坦度小于2.5dB，噪声系数小于3.3dB，最大输出功率大于8dBm，驻波比小于2.7，定向耦合器选用C2640-10，其频率范围是26GHz-40GHz，插损小于1.7dB，驻波小于1.7，耦合度是10±1dB，耦合一路信号提供给检波器使用，其检波灵敏度是1000mv/mw，最小输入功率是-48dBm，在该***中，不关心检波输出信号的幅度大小，只需要检波输出的波形，检波输出需要加视频放大，然后通过比较器输出和微波脉冲相对应的TTL电平的脉冲用于控制收发开关即可。
储频模块的工作原理：采用单通道、1GHz采样率和8bit幅度量化方案，200MHz～300MHz中频输入信号经过高速ADC量化成两路高速和8Bit差分数字信号，再经过电平转换模块，转成LVDS标准电平，然后经过串并转换模块将高速、8Bit数据转换成低速和64Bit数据。
低速数据送到双口RAM的右端口，进行存储和调用，再送到并串转换模块的输入端，并串转换模块把低速、64Bit低速数据转换成两路高速、8Bit和LVDS标准高速数字信号，送给高速DAC，将数字信号恢复成200MHz～300MHz中频信号。
时钟分配网络负责为***的各个模块提供不同频率和相位的相干的时钟信号。
定时控制信号处理模块将输入的门限进行处理，分配给存储控制模块，存储控制模块根据门限提供的定时起点产生存储脉冲所需的存储地址和控制信号，调用控制模块根据门限、延时控制以及多普勒频率控制提供的定时起点模拟目标的运动状态，调用双口RAM中已存储的数据，送到并串转换模块。
经过两次上变频后的Ka频段的信号经过后数控衰减器再经过功放，功放输出信号经过收发开关后由天线辐射给雷达，数控衰减器的作用是根据信号反射装置距离雷达的远近来控制辐射后的功率大小，以保持信号反射装置模拟的角反射体的RCS值是固定的。
信号反射装置中涉及多个频率源以及数字储频模块也需要时钟模块，因此该装置中需要一个晶振为上述频率源以及时钟模块提供基准信号。
工作原理：天线接收到信号后通过收发开关(T/R开关)后进入高频放大器一，放大器一输出后进行变频，变频至适合的频带进行储频模块，在储频电路中进行中频脉冲信号调制，并进行距离和多普勒调制实现目标回波的模拟，再经上变频到功放，功放输出后在通过收发开关馈到天线通过天线辐射给雷达使用。
模拟固定目标：天线接收到雷达发射来的毫米波脉冲信号后通过收发开关(环形器)进入接收***，在接收回路上一部分信号经定向耦合器后经功率放大和视频检波形成视频脉冲，再经视频放大达到可检测信号后送单片机检测，进行信号判别，一方面形成信号存在回告信号馈送给控制台，另一方面形成开关控制信号控制发射支路信号的发射，接收回路上大部分信号经开关控制后达到发射支路形成再辐射信号经天线辐射返回。
模拟运动目标：天线接收到雷达发射来的毫米波脉冲信号后通过收发开关(环形器)进入接收***，先通过低噪声放大器一后进入滤波器，滤除带宽以外的无用信号，然后与一个固定频率的DRO(DRO的频率将处在毫米波频段)混频后，通过滤波器和放大器二，将接收到的信号下变频到L频段后进行处理，经多普勒调制的频率源(对应于DRO的频率)上变频形成带有运动目标多普勒信号，馈送给发射支路形成再辐射信号经天线辐射返回，回告信号形成同模拟固定目标一致。
综上所述：本发明的动目标信号模拟雷达测距精度标校技术解决了雷达距离测量动态标校的技术问题，与静态固定靶标标校方法相比，有效抑制雷达测距动态误差，提高了标校精度。
同时，本发明与放飞高速靶机标校方法相比，动目标信号模拟雷达测距精度标校操作简单、使用方便和效率高，适用于舰艇系泊状态下的雷达标校，高速靶机费用昂贵和放飞受环境条件制约，飞行航路受限，舰艇必须在航行状态实施标校，动用资源大且存在安全隐患。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，包括天线，其特征在于：所述天线的输出端与收发开关的输入端电连接，所述收发开关的输出端与放大器一的输入端电连接，所述放大器一的输出端与耦合器的输入端电连接，所述耦合器的输出端与变频模块一的输入端电连接，所述变频模块一的输入端与PDRO1的输出端电连接，所述变频模块一的输出端与储频模块的输入端电连接，所述储频模块用于采集多普勒频率和目标运动，所述储频模块的输出端与变频模块二的输入端电连接，所述变频模块二的输出端与变频模块三的输入端电连接，所述变频模块三的输入端与PDRO3的输出端电连接，所述变频模块二的输入端与PDRO2的输出端电连接，所述变频模块三的输出端与放大器二的输入端电连接，所述放大器二的输出端与数控衰减器的输入端电连接，所述数控衰减器的输出端与功放的输入端电连接，所述功放的输出端与收发开关的输入端电连接，所述耦合器的输出端与检波器的输入端电连接，所述检波器的输出端与控制电路的输入端电连接，所述控制电路的输出端与收发开关的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，其特征在于：所述储频模块包括ADC，所述ADC用于采集中频信号，所述ADC的输出端通过电平转换模块一与设置在FPGA内部的串并转换模块的输入端电连接，所述串并联转换模块的输出端分别与双口RAM和MUX和延时控制多普勒频率控制模块的输入端电连接，所述延时控制多普勒频率控制模块的输出端通过MMUXX与MUX的输入端电连接，所述双口RAM的输出端与MMUXX的输入端电连接，所述MUX的输出端依次通过并串转换模块、电平转换模块二与DAC的输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，其特征在于：所述ADC的输入端与时钟分配网络的输出端电连接，所述ADC的输出端依次通过定时控制信号处理模块和存储控制模块与调用控制模块的输入端电连接，所述定时控制信号的输出端分别与MMUXX和MUX的输入端电连接，所述存储控制模块和调用控制模块的输出端均与双口RAM的输入端电连接，所述存储控制模块和调用控制模块的输入端均与控制总线接口模块的输出端电连接。
4.根据权利要求1所述的一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，其特征在于：所述放大器一采用低噪声放大器，其型号为AMF-3F-2600400-33-8P。
5.根据权利要求1所述的一种动目标信号再辐射测距精度标校设备，其特征在于：所述检波器的型号为DS2640。
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