CN206400092U - 多功能综合信号模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种多功能综合信号模拟器，包括CPCI机箱、CPCI机箱上部件、CPCI机箱内的功能插件和处理器，所述CPCI机箱上部件包括设接口、指示灯和开关，所述功能插件包括CPCI总线、接收下变频单元、宽带数字储频器、幅度控制合成单元、发射上变频单元、综合控制与同步器、频综和CPCI电源；所述发射上变频单元包括18‑26GHz上变频***和26‑40GHz上变频***；所述处理器包括回波距离延时处理器、距离衰减模拟处理器和多普勒频移处理器。本实用新型的一个实施方式三个处理器处理信号的处理计算，比单独一个处理器的计算速度更快，处理的数据量更大，可以处理更多的信号，可以避免因为计算问题造成的延时故障等问题。

Description

多功能综合信号模拟器

技术领域

本实用新型涉及一种雷达测试装置，具体涉及一种多功能综合信号模拟器。

背景技术

雷达电磁威胁环境的日益复杂,对信号模拟器提出了更高的要求,计算机和高速微波器件的高速发展,也促进了模拟技术的发展。在设计方面,多功能综合信号模拟器正朝着系列化、标准化、模块化的方向发展,并采用开放式体系结构；在模拟功能方面,多功能综合信号模拟器朝着综合一体化的方向发展,把多个***功能集成到一个***上。

随着对雷达的精度、速度和目标个数的要求不断增加，对模拟器的要求不但增加。目前还缺乏能模拟制导雷达、搜索雷达和测量雷达等***调试所需的目标回波信号及典型干扰环境的宽带多功能综合信号模拟器，来配合雷达完成雷达***的功能调试任务，并在雷达交付后负责担负操作员的训练任务。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种多功能综合信号模拟器，具体如下：

一种多功能综合信号模拟器，其特征在于，所述模拟器包括CPCI机箱、CPCI机箱上部件、CPCI机箱内的功能插件和处理器，所述CPCI机箱上部件包括接口、指示灯和开关，所述功能插件包括CPCI总线、接收下变频单元、宽带数字储频器、幅度控制合成单元、发射上变频单元、综合控制与同步器、频综和CPCI电源；所述发射上变频单元包括18-26GHz上变频***和26-40GHz上变频***；所述处理器包括回波距离延时处理器、距离衰减模拟处理器和多普勒频移处理器。

可选的，接收下变频单元前设有限幅器。

可选的，所述接口包括接收天线接口、发射天线接口、显示器接口、键盘接口和鼠标接口。

可选的，所述接口还包括一个调试网口和备份的发射与接收射频信号接口。

可选的，所述模拟器的前面板正面上方设有电源开关和状态指示灯，所述状态指示灯为电源指示灯、正常工作指示灯和故障指示灯；所述模拟器的后面板设有两个风扇、成一排的七个Y11插座、和成另一排的四个N/SMA插座和两个Y11插座。

可选的，所述模拟器还包括机柜，所述机柜设有机柜电源和地线接口。

本实用新型的一种实施方式模拟器设计遵循“实用、可靠、先进、轻便、经济”的设计原则。在***设计中全面贯彻以下设计思想：a)采用6U标准CPCI总线结构，便于***集成，减小组合体积；b)采用网络传输方式实现模拟器与主控***的数据交换；c)硬件设计留有充分的测试接口，便于***调试与维护；d)电磁兼容性设计贯穿于***结构、电气的方案和技术设计的全过程，以确保***可靠地工作。

附图说明

图1为实施例1多功能综合信号模拟器前面立体结构示意图；

图2为实施例1多功能综合信号模拟器后面立体结构示意图；

图3为实施例1多功能综合信号模拟器组成框图；

图4为实施例1多功能综合信号模拟器接口连接示意图；

图5为实施例1多功能综合信号模拟器工作原理图；

图6为实施例1多功能综合信号模拟器部分功能插件外部连线图；

图7为实施例1多功能综合信号模拟器从前面看的三维效果图；

图8为实施例1多功能综合信号模拟器从后面看的三维效果图；

图9为实施例1多功能综合信号模拟器主控模块的流程框图；

图10为实施例1多功能综合信号模拟器回波信号产生模块的流程框图；

图中，1CPCI总线、2接收下变频单元、3宽带数字储频器、4幅度控制合成单元、5发射上变频单元、6频综、7 CPCI电源、8综合控制和同步器、9处理器、11电源开关、12电源指示灯、13正常工作指示灯、14故障指示灯、21风扇、22Y11插座、23N/SMA插座。

具体实施方式

为详细说明本实用新型之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。

实施例1

如图1-2和图6-7所示，一种多功能综合信号模拟器，一种多功能综合信号模拟器，所述模拟器包括CPCI机箱、CPCI机箱上部件、CPCI机箱内的功能插件和处理器9，所述CPCI机箱上部件包括接口、指示灯和开关，所述功能插件包括CPCI总线1、接收下变频单元2、宽带数字储频器3、幅度控制合成单元4、发射上变频单元5、综合控制与同步器8、频综6和CPCI电源7；所述发射上变频单元5包括18-26GHz上变频***和26-40GHz上变频***；所述处理器9包括回波距离延时处理器、距离衰减模拟处理器和多普勒频移处理器。所述接口包括接收天线接口、发射天线接口、显示器接口、键盘接口和鼠标接口。所述模拟器的前面板正面上方设有电源开关11和状态指示灯，所述状态指示灯为电源指示灯12、正常工作指示灯13和故障指示灯14；所述模拟器的后面板设有两个风扇21、成一排的七个Y11插座22、和成另一排的四个N/SMA插座23和两个Y11插座22。

本实用新型实施例的功能插件连线如图6。所述CPCI机箱为8U通用CPCI机箱，所述CPCI总线2为14槽CPCI总线背板，所述CPCI电源7为雷达***通用的6U CPCI电源，所述CPCI电源7的输入输出接插件为PCIH47M400A1，所述处理器为单片机或PLC。余者皆为普通市售元器件。本领域技术人员可以根据专业知识替换以相同或类似功能的器件。

本实用新型实施例的模拟器原理如图3-5，接收下变频单元2对接收天线收到的各波段信号进行信号电平和频率的变换，进行限幅和滤波处理，给出宽带数字储频器3能接受的信号形式。通用模拟器的工作频率是0.4～18GHz18～40GHz，试验前根据试验雷达的工作频率设定模拟器的工作频段，在这个频段上把接收到的雷达发射信号向下变频到中频，再对雷达信号进行目标参数的调制完成雷达回波信号模拟。目标参数包括距离、多普勒频率、各种幅度起伏等；宽带数字储频器3完成对雷达信号波形的存储，通过快速数学运算，对当前基带数字波形进行相位、频率、幅度等目标参数调制，并将目标数据和干扰数据通过D/A转换器输出中频模拟信号；幅度控制合成单元4完成对中频目标信号和干扰信号的幅度调制与信号合成，送发射上变频单元5；发射上变频单元5实现对宽带数字储频器3中复制出的中频信号频率转化，使其与雷达工作频率相同，同时提升所产生信号的功率电平，使其满足输出功率要求；频综6提供模拟器工作所需的各种频率，协调***工作；CPCI电源7提供工作所需的二次电源。

本实用新型实施例的控制原理如图9-10，综合控制和同步器9实现对上/下变频、调制、宽带数字储频器3工作时序的多种控制，使***同步工作，回波距离延时处理器、距离衰减模拟处理器和多普勒频移处理器产生多种调制所需的调制信号。

本实施例的工作原理是，工作时多功能综合信号模拟器连接有接收天线、发射天线和控制计算机，雷达通过发射机和天线向空中发射各种电磁波信号，在近场某处安装有本实施例的模拟器，模拟器的接收下变频单元2接收来自雷达的发射信号，进行限幅、衰减、放大、滤波处理，再经一次下变频到中频1.2GHz,再送到宽带数字储频器3进行储频采样，对接收信号进行存储。处理器8和综合控制和同步器9根据试验进程要求，确定模拟目标和导弹的数量、目标距离、幅度、多普勒频率、干扰类型等参数，并把它们变换成相应的数据控制码和时序控制信号及调制信号，分别送数字储频插件、多普勒调制、发射上变频，实现所需的频域、时域、幅度控制，产生合乎要求的模拟目标信号，这些信号经前置驱动、功率放大，从发射天线发射给雷达，配合雷达进行功能和性能调试。其中，目标回波距离延时模拟就是模拟器将接收到的雷达发射波形延迟一段时间再回送，需要用到波形存储器，本设计采用数字波形存储方案，由宽带数字储频器3实现。目标回波距离衰减模拟是在发射上变频单元5中实现的，控制计算机将接收发射通道固定衰减、目标速度、距离信息，根据目标的速度计算出当前目标与雷达的距离，并将距离转换为回波动态衰减量，然后将通道固定衰减与动态衰减相加得到发射通道总衰减量，最后通过CPCI总线1将该值写入发射上变频单元5。发射上变频单元5根据发射通道总衰减量，控制混频器前后各个数控衰减器的相应衰减，从而实现目标回波距离衰减的模拟。对运动目标的多普勒频移模拟采用数字频率合成技术DDS实现，由宽带数字储频器3完成，该插件实现对中频输入信号的AD采样、下变频、数字波形存储以及上变频，通过将多普勒频移加在上变频通道的NCO上，使输出的中频波形具有多普勒频移。

回波距离延时原理：

雷达接收到目标反射的回波与雷达发射信号之间的时间延迟，反映了目标相对雷达天线的径向距离。延迟时间τ与目标的径向距离R之间有以下关系：

τ＝2R/c………………………………………(1)

式中：

—延迟时间；

—目标径向距离；

—电磁波在空气中的传播速度。

从式中可见，目标回波的延时与距离成正比，可以通过控制回波的延时来实现不同距离目标的模拟。

距离衰减模拟原理：

目标回波的距离衰减特性：目标回波的功率与目标到雷达的距离R的4次方成反比，即

P_r＝C(P_t/R⁴)………………………………………(2)

式中：

—雷达与目标参数确定的常数；

—雷达接收到的目标回波的功率；

—雷达发射波的功率；

—目标到雷达的距离。

从式中可见，雷达接收到的目标回波功率与雷达发射波功率之间满足距离四次衰减关系。另外，由于模拟器与雷达的距离基本固定，所以模拟器接收到的雷达信号功率与雷达发射功率成正比。因此模拟器可以将接收到的雷达发射波形存储，并通过控制发射通道的衰减来模拟目标回波的距离衰减。

多普勒频移原理：

当目标相对雷达作径向运动时，目标回波将产生多普勒的频移，多普勒频率可用公式表示为

f_d＝2v_r/λ…………………………………(3)

式中：

—发射波长，约为0.05m；

—目标径向速度。

从上式可以看出，当模拟目标的速度为600m/s时，目标回波的多普勒频移约为24kHz。运动目标回波的多普勒特性实质表现为一个与目标运动速度成正比的多普勒频移。因此通过对目标回波加上一个多普勒频率，可以实现目标回波的多普勒特性模拟。

干扰模拟原理：

a)假目标干扰：产生假目标的时延和多普勒频率假目标干扰。该***可模拟产生1～8个距离和速度相关的运动假目标，也可产生多个固定假目标；

b)距离拖引：根据控制命令、拖引规律和拖引参数，实时产生距离延迟干扰信号；

c)距离/速度复合拖引干扰：距离/速度复合拖引时，控制方式与b基本相同，只是延迟变化和速度是相关的；

d)压制性假目标：压制性假目标是一种具有一定密度的随机分布的假目标脉冲序列或一种具有一定密度的脉宽和重频周期随机分布的杂乱脉冲；

e)宽带阻塞噪声：宽带数字储频器根据噪声中心频率、噪声带宽或噪声范围，产生均匀随机数或高斯规律随机数，实时产生宽带调频噪声；

f)瞄频噪声：宽带数字储频器根据在测频码、测频准备好信号和瞄频波门的引导下，产生均匀随机数或高斯规律随机数，实时产生窄带噪声信号；

g)扫频噪声：根扫频带宽、噪声带宽、扫频速率等信息，按照扫描规律和参数产生噪声调制信号控制DDS产生一定扫描周期和扫描范围的扫频噪声干扰信号，扫频的中心可人工设定；

h)噪声调幅、噪声调频、噪声调相和组合调制：噪声组合调制，实际上是噪声调幅和噪声调频的组合，或是噪声调幅和噪声调相的组合，当进行组合调制时，可利用上述噪声调幅、噪声调频、噪声调幅的方法进行组合调制，对信号的A(t)、ω(t)、φ(t)进行调制，从而产生具有均匀随机或高斯随机规律组合调制的噪声干扰信号；

i)间断调制：间断调制即脉冲调制干扰，可控制射频通道的高速调制开关来实现。；

j)连续波干扰：连续波噪声干扰即占空比为100％的连续干扰，可利用FPGA控制DDS产生噪声干扰信号，并将射频通道的高速调制开关控制为常开状态，即可实现连续波噪声干扰；

k)梳状谱干扰：梳状谱干扰与扫频噪声干扰的产生方式类似，利用宽带数字储频实现具有调频调相的DDS，通过这个DDS实现窄带噪声，再控制窄带噪声的中心频率以固定的梳状谱谱间隔分时扫描信号，即可实现梳状谱干扰；

l)灵巧干扰：是一种同时具有欺骗和噪声干扰特点的干扰技术。欺骗干扰的优点是利用相干技术的干扰，对于采用相参处理的雷达，如PD雷达和脉冲压缩雷达而言，欺骗干扰信号进入雷达接收机后可获得较大的积累增益，不易被衰减，需要的功率相对要小，缺点是如果干扰从雷达的主瓣进入，容易使干扰机暴露。噪声干扰除了需要知道雷达信息量少就可实施干扰的优点外，就是干扰机暴露的机率要小，但是噪声干扰不具有相关性，在采用相参处理的雷达容易被相关处理掉，而得不到高的积累增益，而需要较大的干扰功率谱密度，极大的浪费了功率资源。而灵巧干扰就是利用欺骗干扰的相干性使噪声干扰容易进入雷达接收机，并获得较高的积累增益。

机柜为模拟器除了提供一般的保护外，还提供电源和底线接口。

本实施例的回波距离延时处理器、距离衰减模拟处理器和多普勒频移处理器三个处理器处理信号的处理计算，比单独一个处理器的计算速度更快，处理的数据量更大，可以处理更多的信号，可以避免因为计算问题造成的延时故障等问题。

本实施例的上变频***分为18-26GHz上变频***和26-40GHz上变频***，同样可以加快处理速度，更重要的是可以减少干扰，利于混频和滤波，更有利于回波信号的发射。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，接收下变频单元2前设有限幅器。所述模拟器还包括一个调试网口和备份的发射与接收射频信号接口。

限幅器保证接收信号最大功率时接收下变频单元2不损坏。调试网口供连接调试设备，备份的发射与接收射频信号接口提供了备份，可以在出现故障时使用。

综上所述，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种多功能综合信号模拟器，其特征在于，所述模拟器包括CPCI机箱、CPCI机箱上部件、CPCI机箱内的功能插件和处理器(9)，所述CPCI机箱上部件包括接口、指示灯和开关，所述功能插件包括CPCI总线(1)、接收下变频单元(2)、宽带数字储频器(3)、幅度控制合成单元(4)、发射上变频单元(5)、综合控制与同步器(8)、频综(6)和CPCI电源(7)；所述发射上变频单元(5)包括18-26GHz上变频***和26-40GHz上变频***；所述处理器(9)包括回波距离延时处理器、距离衰减模拟处理器和多普勒频移处理器。

2.如权利要求1所述的多功能综合信号模拟器，其特征在于，接收下变频单元(2)前设有限幅器。

3.如权利要求1所述的多功能综合信号模拟器，其特征在于，所述接口包括接收天线接口、发射天线接口、显示器接口、键盘接口和鼠标接口。

4.如权利要求3所述的多功能综合信号模拟器，其特征在于，所述接口还包括一个调试网口和备份的发射与接收射频信号接口。

5.如权利要求1所述的多功能综合信号模拟器，其特征在于，所述模拟器的前面板正面上方设有电源开关(11)和状态指示灯，所述状态指示灯为电源指示灯(12)、正常工作指示灯(13)和故障指示灯(14)；所述模拟器的后面板设有两个风扇(21)、成一排的七个Y11插座(22)、和成另一排的四个N/SMA插座(23)和两个Y11插座(22)。

6.如权利要求1所述的多功能综合信号模拟器，其特征在于，所述模拟器还包括机柜，所述机柜设有机柜电源和地线接口。