CN110554618A - 一种基于雷达暗室的通信***仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于雷达暗室的通信***仿真方法，首先第一通信设备给第二通信设备发射链路连接正常信号，如果链路连接正常后，测试计算机向控制分***的终端计算机发送测试数据，经第二通信设备调制成模拟信号，该信号传输至中频模块变频为中频信号，再经环形器传输到模拟器分***，模拟器分***根据控制分***的终端计算机设置的信道或干扰参数对中频信号进行调制，并通过上变频变换到发射频段后由阵列分***的发射天线发送至第一通信设备，第一通信设备将收到的数据通过网口转发至控制分***的终端计算机，终端计算机就能获取设定的信道或干扰参数下的吞吐量，完成在不同信道与干扰环境下的通信设备链路性能的评估结果。

Description

一种基于雷达暗室的通信***仿真方法

技术领域

本发明属于通信***射频仿真技术领域，具体地说是一种在雷达暗室进行通信***半实物射频仿真的方法。

背景技术

半实物仿真是将数学模型与物理模型或实物模型相结合进行的实验过程，半实物仿真对***中比较简单的部分或对其规律比较清楚且能够建立精确数学模型的部分，建立数学模型后在计算机上实现，对比较复杂的部分或对其规律尚不清楚的部分，则直接采用物理模型或实物引入到仿真回路，因此半实物仿真也称硬件在回路仿真。

半实物仿真作为替代真实环境或设备的一种典型方法，取实物与数字仿真之所长，具有置信度高、有效性、可重复性、经济性、安全性的优点，受到军、民用相关部门的重视，已成为仿真领域中最为重要且最具前途的仿真技术之一，以美国为代表的发达国家特别重视半实物仿真的应用，几乎各军兵种都建有种类齐全的半实物仿真实验室，于此同时，随着技术进步和武器装备研制需求，国内在制导、特别是雷达制导、导航、雷达对抗领域建立或在建一大批半实物仿真***。

随着针对雷达制导、雷达对抗半实物仿真实验室的建设和使用，目标、电子战数学模型种类和功能日益丰富，面临复杂电磁环境对雷达、通信、电子战设备射频能力的仿真需求，需要扩展雷达半实物仿真***的能力，基于普遍的雷达射频半实物仿真***，进行通信***半实物射频仿真。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于雷达射频仿真***进行通信***半实物射频仿真方法，该方法包括通信***半实物射频仿真平台构建和通信***信道与干扰环境射频仿真。该方法适用于在不同信道和干扰环境下，对通信***链路的半实物射频仿真。

技术方案

一种基于雷达暗室的通信***仿真方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：第一通信设备发射信号经接收天线与第二通信设备的下变频模块连接，通信设备二的频综产生本振信号，经功分器一分为二，分别为下变频和上变频提供变频基准信号，第二通信设备收到第一通信设备发送的信号下变频后经环形器输出到中频模块，变换成基带信号后传输至基带模块进行信号解调，解调后生成的数字信号传输至测试计算机，测试计算机通过接收到的数字信号判断第一通信设备与第二通信设备链路是否连接正常，如果链路连接正常后，转入步骤3；

步骤2：终端计算机通过网络接口实现对模拟器分***的控制，设置仿真所需的信道或干扰环境参数，模拟器分***根据这些参数对测试计算机发送的测试数据进行调制，通过信号的调制变换模拟信道或干扰信号环境；

模拟通信信道环境，包括：传输时延、功率衰减、多普勒频移和多径传输，模拟传输时延在雷达射频半实物仿真***中可以通过雷达目标距离产生，时延值可以通过设置目标距离值产生，传输时延T可以描述为：

其中，T₀表示模拟器分***的处理延迟，d标识目标距离，c为光速；模拟通信信号强度，强度值可通过设置模拟器输出功率值实现，此外，随着通信设备间运动距离的变化，功率变化满足自由空间衰减，则功率衰减P可以描述为：

P＝P₀-20·log D/D_o (2)

其中，P₀为模拟器输出功率，D为运动距离，D_o为微波暗室通信设备一到阵列分***接收天线的间距；模拟通信设备因相对运动产生的多普勒频移，频移值可通过设置模拟器目标运动速度进行设置，多普勒频移f_d可以描述为：

其中，f为通信信号载频，c为光速，v为模拟器设置的目标相对运动速度；模拟多条通信链路信号，多径效应在雷达射频半实物仿真***中可以通过雷达目标散射点来设置，每个散射点由相对RCS值，相对距离和相对速度三个参数表示，分别描述其相对目标的功率，距离和速度，通过设置RCS值可描述该路径信号的功率，同样地，根据式(1)和式(3)可计算并设置该路径的时延和多普勒频偏，进一步，还可根据瑞利分布特性，对功率和时延进行设置，完成瑞利信道特性模拟；

模拟通信干扰环境，雷达暗室射频半实物仿真***中，可提供宽带噪声、窄带噪声、扫频干扰、梳状谱干扰用于通信干扰的仿真；宽带噪声提供100M～500M为带宽单位的宽带白噪声干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，噪声带宽形成宽带噪声干扰环境，窄带噪声提供以2～5MHz为带宽单位的窄带白噪声干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，噪声带宽形成窄带噪声干扰环境，扫频干扰提供典型信号干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，锯齿波、三角波、正弦波函数类型形成扫频干扰环境，梳妆谱干扰提供100M带宽内的密集干扰信号，通过设置中心频率，带宽，功率，谱密度形成梳妆谱干扰环境；

步骤3：测试计算机发送的测试数据经第二通信设备的基带模块调制成模拟信号，该信号传输至中频模块变频为中频信号，再经环形器传输到模拟器分***，模拟器分***根据控制分***终端计算机设置的信道或干扰参数对中频信号进行调制，并通过上变频变换到发射频段后由阵列分***发射天线发送至第一通信设备，第一通信设备将收到的数据通过网口转发至控制分***的终端计算机；

步骤4：终端计算机根据收到的数据量和设定的信道或干扰环境设置，获取不同信道或干扰情况下，第一通信设备与第二通信设备之间通信链路的吞吐量，完成对通信设备通信链路的半实物仿真。

有益效果

本发明提出的一种基于雷达暗室的通信***仿真方法，有益效果如下：

1)在雷达暗室射频半实物仿真***的基础上，提出了通信***半实物射频仿真方法，没有增加通信***仿真设备，降低了仿真成本；

2)信道模拟和干扰模拟，充分利用雷达射频仿真的能力，没有增加额外的软件算法工作，实现简单有效。

附图说明

图1是本发明通信***仿真实现框图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

通过构建通信***半实物射频仿真平台完成在不同信道和干扰环境下的通信***链路半实物射频仿真。该平台包括被测的第一通信设备和第二通信设备，半实物仿真***的控制分***、阵列分***和模拟器分***，用于连接被测通信设备与半实物仿真***的功分器、上变频器和环形器，用于辅助测试的测试计算机，第一通信设备发射信号经阵列分***的接收天线与第二通信设备的下变频模块连接，第二通信设备的频综产生本振信号，经功分器一分为二，分别为下变频和上变频提供变频基准信号，第二通信设备收到第一通信设备发送的信号下变频后经环形器输出到中频模块，变换成基带信号后传输至基带模块进行信号解调，解调后生成的数字信号传输至测试计算机，测试计算机通过网口与第二通信设备连接，该计算机中安装有与被测通信设备配套的链路检测软件，通过接收到的数字信号判断第一通信设备与第二通信设备链路是否连接正常，在链路连接正常后，测试计算机向控制分***的终端计算机发送测试数据，经第二通信设备基带模块调制成模拟信号，该信号传输至中频模块变频为中频信号，再经环形器传输到模拟器分***，模拟器分***根据控制分***的终端计算机设置的信道或干扰参数对中频信号进行调制，并通过上变频变换到发射频段后由阵列分***的发射天线发送至第一通信设备，第一通信设备将收到的数据通过网口转发至控制分***的终端计算机，终端计算机就能获取设定的信道或干扰参数下的吞吐量，就能完成在不同信道与干扰环境下的通信设备链路性能的评估结果。通信***半实物射频仿真实现框图如图1所示。

具体步骤如下：

1)将被测第一通信设备、第二通信设备接入半实物仿真***构成通信***半实物射频仿真平台，第一通信设备与控制分***的终端计算机连接，第二通信设备与阵列分***、模拟器分***以及测试计算机连接。仿真平台上电后，第一通信设备自动向第二通信设备发送链路建立信号，第二通信设备将收到的信号转发至测试计算机，测试计算机通过收到的信号判断第一通信设备和第二通信设备间链路功能是否正常，在链路功能正常的情况下，测试计算机通过第二通信设备和第一通信设备向控制分***的终端计算机发送测试数据。

2)测试计算机发送的测试数据经第二通信设备、环形器、模拟器分***、上变频后，由阵列分***发射天线发送至第一通信设备，再通过第一通信设备的网络接口转发至控制分***的终端计算机，终端计算机通过网络接口实现对模拟器分***的控制，设置仿真所需的信道或干扰环境参数，模拟器分***根据这些参数对测试计算机发送的测试数据进行调制，通过信号的调制变换模拟信道或干扰信号环境。

模拟通信信道环境，包括：传输时延、功率衰减、多普勒频移和多径传输。模拟传输时延在雷达射频半实物仿真***中可以通过雷达目标距离产生，时延值可以通过设置目标距离值产生，传输时延T可以描述为：

其中T₀表示模拟器分***的处理延迟，d标识目标距离，c为光速。模拟通信信号强度，强度值可通过设置模拟器输出功率值实现，此外，随着通信设备间运动距离的变化，功率变化满足自由空间衰减，则功率衰减P可以描述为：

P＝P₀-20·log D/D_o (2)

其中P₀为模拟器输出功率，D为运动距离，D₀为微波暗室第一通信设备到阵列分***接收天线的间距。模拟通信设备因相对运动产生的多普勒频移，频移值可通过设置模拟器目标运动速度进行设置，多普勒频移f_d可以描述为：

其中f为通信信号载频，c为光速，v为模拟器设置的目标相对运动速度。模拟多条通信链路信号，多径效应在雷达射频半实物仿真***中可以通过雷达目标散射点来设置，每个散射点由相对RCS值，相对距离和相对速度三个参数表示，分别描述其相对目标的功率，距离和速度，通过设置RCS值可描述该路径信号的功率，同样地，根据式(1)和式(3)可计算并设置该路径的时延和多普勒频偏，进一步，还可根据瑞利分布特性，对功率和时延进行设置，完成瑞利信道特性模拟。

模拟通信干扰环境，雷达暗室射频半实物仿真***中，可提供宽带噪声、窄带噪声、扫频干扰、梳状谱干扰用于通信干扰的仿真。宽带噪声提供100M～500M为带宽单位的宽带白噪声干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，噪声带宽形成宽带噪声干扰环境，窄带噪声提供以2～5MHz为带宽单位的窄带白噪声干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，噪声带宽形成窄带噪声干扰环境，扫频干扰提供典型信号干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，锯齿波、三角波、正弦波函数类型形成扫频干扰环境，梳妆谱干扰提供100M带宽内的密集干扰信号，通过设置中心频率，带宽，功率，谱密度形成梳妆谱干扰环境。

3)控制分***的终端计算机获取测试计算机发送的测试数据，根据收到的数据量和设定的信道或干扰环境设置，终端计算机能获取不同信道或干扰情况下，第二通信设备与第一通信设备间通信链路的吞吐量，完成对通信设备通信链路的半实物仿真。

参照图1，它是本发明通信***仿真实现框图，实现过程如下：

第一步，在雷达暗室搭建通信***半实物射频仿真平台，完成半实物仿真***与通信设备的连接；第二步，确保第一通信设备到第二通信设备间链路工作正常，被测通信设备上电后，第一通信设备自动向第二通信设备发送链路建立信号，测试计算机收到该连接信号，以判断链路工作正常；第三步，控制分***终端计算机根据仿真需求对模拟器分***进行参数配置完成通信信道或干扰环境的模拟；第四步，测试计算机通过第二通信设备、环形器、模拟器分***、上变频阵列分***发射天线和通信设备一，向控制分***的终端计算机发送测试数据，终端计算机接收测试数据，并获取在设置的信道或干扰环境下的吞吐量，完成对通信设备通信链路的半实物仿真。

其中第一步中搭建通信***的半实物仿真平台，具体做法如下：

通信***的半实物仿真平台包括被测的第一通信设备和第二通信设备，半实物仿真***的控制分***、阵列分***和模拟器分***，用于连接被测通信设备与半实物仿真***的功分器、上变频器和环形器，用于辅助仿真的测试计算机。第一通信设备通过网络接口与控制分***的终端计算机连接，在第二通信设备中，频综信号连接到功分器，功分器的输出分别为下变频和上变频提供变频基准信号，下变频模块与阵列分***的接收天线连接以接收信号，在下变频和中频模块间安装环形器保证接收信号无干扰的传送到中频模块和基带模块，基带模块通过网络接口与测试计算机连接以进行数据收发，中频模块输出信号经环形器传送到模拟器分***，保证测试计算机发送的测试数据经基带和中频模块直接传输到模拟器分***，模拟器分***连接上变频，上变频连接阵列分***的发射天线，完成测试数据的无线发射。

第三步中模拟通信信道和干扰环境，具体做法如下：

1)终端计算机设置模拟器分***的仿真参数模拟通信信道。通信信道环境模拟包括：时延、功率衰减、多普勒频移和多径传输，其功能描述如表1所示意。

表1模拟的通信信道环境

模拟通信传输时延，时延值可以通过设置目标距离值产生，模拟通信信号强度，强度值可通过设置模拟器输出功率值实现，模拟通信设备因相对运动产生的多普勒频移，频移值可通过设置模拟器目标运动速度进行设置，模拟多径效应，通过雷达目标散射点来设置，每个散射点由相对雷达散射截面积值，相对距离和相对速度三个参数表示，分别描述其相对目标的功率，距离和速度，通过设置雷达散射截面积描述该路径信号的功率，通过传输时延和多普勒频偏设置通信传输时延和多普勒频移。

2)终端计算机设置模拟器分***的仿真参数模拟通信干扰环境，典型的通信干扰环境模拟包括宽带噪声、窄带噪声、扫频干扰、梳状谱干扰，其功能描述如表2所示。

表2模拟的通信干扰环境

宽带噪声通过设置暗室雷达射频仿真***宽带噪声信号的中心频率，带宽，功率，噪声带宽实现，窄带噪声通过设置暗室雷达射频仿真***窄带噪声信号的中心频率，带宽，功率，噪声带宽实现，扫频干扰通过设置暗室雷达射频仿真***扫频干扰信号的锯齿波、三角波、正弦波干扰样式及中心频率，带宽，功率实现，梳妆谱干扰通过设置暗室雷达射频仿真***梳妆普干扰信号的中心频率，带宽，功率，谱密度实现。

Claims (1)

1.一种基于雷达暗室的通信***仿真方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：第一通信设备发射信号经接收天线与第二通信设备的下变频模块连接，通信设备二的频综产生本振信号，经功分器一分为二，分别为下变频和上变频提供变频基准信号，第二通信设备收到第一通信设备发送的信号下变频后经环形器输出到中频模块，变换成基带信号后传输至基带模块进行信号解调，解调后生成的数字信号传输至测试计算机，测试计算机通过接收到的数字信号判断第一通信设备与第二通信设备链路是否连接正常，如果链路连接正常后，转入步骤3；

步骤2：终端计算机通过网络接口实现对模拟器分***的控制，设置仿真所需的信道或干扰环境参数，模拟器分***根据这些参数对测试计算机发送的测试数据进行调制，通过信号的调制变换模拟信道或干扰信号环境；

模拟通信信道环境，包括：传输时延、功率衰减、多普勒频移和多径传输，模拟传输时延在雷达射频半实物仿真***中可以通过雷达目标距离产生，时延值可以通过设置目标距离值产生，传输时延T可以描述为：

其中，T₀表示模拟器分***的处理延迟，d标识目标距离，c为光速；模拟通信信号强度，强度值可通过设置模拟器输出功率值实现，此外，随着通信设备间运动距离的变化，功率变化满足自由空间衰减，则功率衰减P可以描述为：

P＝P₀-20·logD/D_o (2)

其中，P₀为模拟器输出功率，D为运动距离，D_o为微波暗室通信设备一到阵列分***接收天线的间距；模拟通信设备因相对运动产生的多普勒频移，频移值可通过设置模拟器目标运动速度进行设置，多普勒频移f_d可以描述为：

其中，f为通信信号载频，c为光速，v为模拟器设置的目标相对运动速度；模拟多条通信链路信号，多径效应在雷达射频半实物仿真***中可以通过雷达目标散射点来设置，每个散射点由相对RCS值，相对距离和相对速度三个参数表示，分别描述其相对目标的功率，距离和速度，通过设置RCS值可描述该路径信号的功率，同样地，根据式(1)和式(3)可计算并设置该路径的时延和多普勒频偏，进一步，还可根据瑞利分布特性，对功率和时延进行设置，完成瑞利信道特性模拟；

模拟通信干扰环境，雷达暗室射频半实物仿真***中，可提供宽带噪声、窄带噪声、扫频干扰、梳状谱干扰用于通信干扰的仿真；宽带噪声提供100M～500M为带宽单位的宽带白噪声干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，噪声带宽形成宽带噪声干扰环境，窄带噪声提供以2～5MHz为带宽单位的窄带白噪声干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，噪声带宽形成窄带噪声干扰环境，扫频干扰提供典型信号干扰，通过设置中心频率，带宽，功率，锯齿波、三角波、正弦波函数类型形成扫频干扰环境，梳妆谱干扰提供100M带宽内的密集干扰信号，通过设置中心频率，带宽，功率，谱密度形成梳妆谱干扰环境；

步骤3：测试计算机发送的测试数据经第二通信设备的基带模块调制成模拟信号，该信号传输至中频模块变频为中频信号，再经环形器传输到模拟器分***，模拟器分***根据控制分***终端计算机设置的信道或干扰参数对中频信号进行调制，并通过上变频变换到发射频段后由阵列分***发射天线发送至第一通信设备，第一通信设备将收到的数据通过网口转发至控制分***的终端计算机；

步骤4：终端计算机根据收到的数据量和设定的信道或干扰环境设置，获取不同信道或干扰情况下，第一通信设备与第二通信设备之间通信链路的吞吐量，完成对通信设备通信链路的半实物仿真。