專利名稱：基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
步進(jìn)頻雷達(dá)回波模擬器可在實驗室環(huán)境下模擬產(chǎn)生步進(jìn)頻雷達(dá)回波信號，在步進(jìn)頻雷達(dá)的研制及整機測試中發(fā)揮關(guān)鍵的作用，大大縮短了步進(jìn)頻雷達(dá)的研制過程并降低了研制成本。傳統(tǒng)的雷達(dá)回波模擬方法，是根據(jù)雷達(dá)發(fā)射機的中心頻率等參數(shù)，預(yù)設(shè)要接收的雷達(dá)信號頻段，再對接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行下變頻、多普勒調(diào)制及延時控制、上變頻及功率控制。但這種處理方法只適用于頻段比較固定、對相位不敏感的的雷達(dá)體制，如連續(xù)波雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)、多普勒雷達(dá)等。對于脈沖頻率連續(xù)跳變，且需要利用不同脈沖間的相位變化量來測定目標(biāo)距離的步進(jìn)頻雷達(dá)，則無法使用這種傳統(tǒng)的雷達(dá)回波模擬方法來進(jìn)行處理。還有一種方式是，利用與雷達(dá)信號相參且同步跳變的調(diào)頻步進(jìn)頻本振源，對接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行上、下變頻，完成了高分辨率一維距離像的模擬，但此種方法要求雷達(dá)提供跳頻同步脈沖，且要求雷達(dá)的跳頻方向恒定，例如，恒增或恒減，以控制FPGA和DDS產(chǎn)生相參且同步跳頻的調(diào)頻步進(jìn)頻本振源。由于大部分步進(jìn)頻體制的雷達(dá)在研制時，并不會預(yù)留跳頻同步脈沖的輸出接口，而且為進(jìn)一步提高測速精度，現(xiàn)有步進(jìn)頻雷達(dá)的跳頻方向多采用雙線性(先增大后減小或先減小后增大)，這大大限制了此種模擬方式的應(yīng)用范圍。另外步進(jìn)頻雷達(dá)對實時性要求很高，回波模擬器在幾十納秒內(nèi)就需要完成對當(dāng)前脈沖信號載頻頻率的測量，進(jìn)而根據(jù)載頻頻率計算出相應(yīng)目標(biāo)在當(dāng)前時刻引起的回波相位變化量。在現(xiàn)有的步進(jìn)頻雷達(dá)回波模擬方法中，大多采用DSP作為處理器，其實時性無法達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面的實施例提出一種基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法，包括以下步驟S1:設(shè)置目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)和反射系數(shù)并根據(jù)所述反射系數(shù)得到一維距離像模型；S2 :接收毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號并通過下變頻單元對所述毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到中頻頻段；S3 :基帶信號處理單元對所述中頻頻段的中頻信號進(jìn)行處理得到延時后的零中頻I/Q信號和I/Q形式的初始相位；S4 :根據(jù)所述延時后的零中頻I/Q信號、I/Q形式的初始相位和一維距離像模型進(jìn)行卷積和2倍IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號；以及S5 :將所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和兩級上變頻處理得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過建立一維距離像模型以及采用正交變頻、IQ調(diào)制、卷積和兩級上下變頻，從而提高了實時性，同時擴大了應(yīng)用范圍。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S3具體包括S31 :AD轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行處理得到中頻信號；S32 :對所述中頻信號進(jìn)行正交變頻和FIR濾波2倍抽取處理得到零中頻I/Q信號；S33 :對所述零中頻I/Q信號進(jìn)行測頻和檢波處理并根據(jù)雷達(dá)調(diào)頻步進(jìn)量得到中心頻率和數(shù)字化延時后的零中頻I/Q信號；以及S34 :根據(jù)所述中心頻率得到每一個目標(biāo)回波的多普勒頻率和I/Q形式的初始相位。在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S4具體包括S41 :根據(jù)所述數(shù)字化延時后的零中頻I/Q信號和所述I/Q形式的初始相位進(jìn)行復(fù)乘得到實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號；S42 :根據(jù)所述實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號和所述一維距離像模型進(jìn)行卷積；以及S43 :根據(jù)所述卷積結(jié)果進(jìn)行2倍內(nèi)插IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號。在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S5具體包括S51 :通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到中頻目標(biāo)回波模擬信號；以及S52 :將所述中頻目標(biāo)回波模擬信號進(jìn)行兩級上變頻得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面的實施例提出一種基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬系統(tǒng)，包括設(shè)置模塊，用于設(shè)置目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)和反射系數(shù)并根據(jù)所述反射系數(shù)得到一維距離像模型；下變頻模塊，用于接收毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號并對所述毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到中頻頻段；處理模塊，用于對所述中頻頻段的中頻信號進(jìn)行處理得到延時后的零中頻I/Q信號和I/Q形式的初始相位；卷積模塊，用于根據(jù)所述延時后的零中頻Ι/Q信號、I/Q形式的初始相位和一維距離像模型進(jìn)行卷積和2倍IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號；以及上變頻模塊，用于將所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和兩級上變頻處理得到毫米波波段。在本發(fā)明的一個實施例中，所述處理模塊具體包括轉(zhuǎn)換單元，用于AD轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段進(jìn)行處理得到中頻信號；正交變頻單元，用于對所述中頻信號進(jìn)行正交變頻和FIR濾波2倍抽取處理得到零中頻Ι/Q信號；處理單元，用于對所述零中頻Ι/Q信號進(jìn)行測頻和檢波處理并根據(jù)雷達(dá)調(diào)頻步進(jìn)量得到中心頻率和數(shù)字化延時后的零中頻Ι/Q信號；以及獲得單元，用于根據(jù)所述中心頻率得到每一個目標(biāo)回波的多普勒頻率和Ι/Q形式的初始相位。在本發(fā)明的一個實施例中，所述卷積模塊具體包括復(fù)乘單元，用于根據(jù)所述數(shù)字化延時后的零中頻Ι/Q信號和所述Ι/Q形式的初始相位進(jìn)行復(fù)乘得到實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號；卷積單元，用于根據(jù)所述實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號和所述一維距離像模型進(jìn)行卷積；以及調(diào)制單元，用于根據(jù)所述卷積結(jié)果進(jìn)行2倍內(nèi)插IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號。在本發(fā)明的一個實施例中，所述上變頻模塊具體包括轉(zhuǎn)換單元，用于通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到中頻目標(biāo)回波模擬信號；以及上變頻單元，用于將所述中頻目標(biāo)回波模擬信號進(jìn)行兩級上變頻得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的兩級下變頻的框架圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的正交變頻的框架圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的兩級上變頻的框架圖；圖5為根據(jù)基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法的示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的中頻信號的回波示意圖；以及圖7為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬系統(tǒng)的框架圖。
具體實施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。圖1為本發(fā)明實施例的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法的流程圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法，包括以下步驟步驟S101，設(shè)置目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)和反射系數(shù)并根據(jù)反射系數(shù)得到一維距離像模型。在本發(fā)明的一個實施例中，預(yù)先設(shè)置需要模擬產(chǎn)生回波的N個目標(biāo)(N為正整數(shù))與雷達(dá)的徑向距離R0、R1、……Rn、雷達(dá)跳頻步進(jìn)量和每個目標(biāo)對雷達(dá)信號的反射系數(shù)。根據(jù)所提供的參數(shù)，根據(jù)雷達(dá)方程計算出每個目標(biāo)的幅度，形成目標(biāo)一維距離像模型，并將所生成的目標(biāo)一維距離像模型發(fā)送到基帶信號處理單元。步驟S102，接收毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號并通過下變頻單元對毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到中頻頻段。在本發(fā)明的一個實施例中，將毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號輸入給下變頻單元并由下變頻單元通過兩級變頻，將毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到(300±250)MHz的中頻頻段。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的兩級下變頻的框架圖。如圖2所示，下變頻由兩級下變頻和一個自動增益控制的閉環(huán)來實現(xiàn)。步進(jìn)頻雷達(dá)回波信號進(jìn)入下變頻單元后，先進(jìn)行一級下變頻，變至2G±250MHz頻段，信號經(jīng)過放大后，送入自動增益控制閉環(huán)中，在閉環(huán)中進(jìn)行第二級下變頻至(300±250)MHz，又經(jīng)放大器和檢波器，對放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使輸出的雷達(dá)中頻信號功率保持在AD轉(zhuǎn)換芯片動態(tài)范圍最大的功率值附近。步驟S103，基帶信號處理單元對中頻頻段的中頻信號進(jìn)行處理得到延時后的零中頻Ι/Q信號和Ι/Q形式的初始相位。首先，AD轉(zhuǎn)換芯片對中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行處理得到中頻信號，并對中頻信號進(jìn)行正交變頻和FIR濾波2倍抽取處理得到零中頻Ι/Q信號。然后，對零中頻Ι/Q信號進(jìn)行測頻和檢波處理并根據(jù)雷達(dá)調(diào)頻步進(jìn)量得到中心頻率和數(shù)字化延時后的零中頻Ι/Q信號。之后，根據(jù)中心頻率得到每一個目標(biāo)回波的多普勒頻率和Ι/Q形式的初始相位。圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的正交變頻的框架圖。如圖3所示，對雷達(dá)中頻信號直接采樣并通過數(shù)字信號處理的方法來得到正交變頻信號。
接收到的雷達(dá)發(fā)射信號為一個窄帶信號，假設(shè)為
權(quán)利要求
1.一種基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法，其特征在于，包括以下步驟 S1:設(shè)置目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)和反射系數(shù)并根據(jù)所述反射系數(shù)得到一維距離像模型； 52:接收毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號并通過下變頻單元對所述毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到中頻頻段； 53:基帶信號處理單元對所述中頻頻段的中頻信號進(jìn)行處理得到延時后的零中頻I/Q信號和I/Q形式的初始相位； 54:根據(jù)所述延時后的零中頻I/Q信號、I/Q形式的初始相位和一維距離像模型進(jìn)行卷積和2倍IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號；以及 55:將所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和兩級上變頻處理得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括 531:AD轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行處理得到中頻信號；532:對所述中頻信號進(jìn)行正交變頻和FIR濾波2倍抽取處理得到零中頻I/Q信號； 533:對所述零中頻I/Q信號進(jìn)行測頻和檢波處理并根據(jù)雷達(dá)調(diào)頻步進(jìn)量得到中心頻率和數(shù)字化延時后的零中頻I/Q信號；以及534:根據(jù)所述中心頻率得到每一個目標(biāo)回波的多普勒頻率和I/Q形式的初始相位。
3.如權(quán)利要求1所述的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括 541:根據(jù)所述數(shù)字化延時后的零中頻I/Q信號和所述I/Q形式的初始相位進(jìn)行復(fù)乘得到實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號；542:根據(jù)所述實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號和所述一維距離像模型進(jìn)行卷積；以及 543:根據(jù)所述卷積結(jié)果進(jìn)行2倍內(nèi)插IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號。
4.如權(quán)利要求1所述的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法，其特征在于，所述步驟S5具體包括 S51 :通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到中頻目標(biāo)回波模擬信號；以及 S52:將所述中頻目標(biāo)回波模擬信號進(jìn)行兩級上變頻得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。
5.一種基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬系統(tǒng)，包括 設(shè)置模塊，用于設(shè)置目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)和反射系數(shù)并根據(jù)所述反射系數(shù)得到一維距離像模型； 下變頻模塊，用于接收毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號并對所述毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到中頻頻段； 處理模塊，用于對所述中頻頻段的中頻信號進(jìn)行處理得到延時后的零中頻I/Q信號和I/Q形式的初始相位； 卷積模塊，用于根據(jù)所述延時后的零中頻I/Q信號、I/Q形式的初始相位和一維距離像模型進(jìn)行卷積和2倍IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號；以及 上變頻模塊，用于將所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和兩級上變頻處理得到毫米波波段。
6.如權(quán)利要求1所述的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊具體包括 轉(zhuǎn)換單元，用于AD轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行處理得到中頻信號； 正交變頻單元，用于對所述中頻信號進(jìn)行正交變頻和FIR濾波2倍抽取處理得到零中頻I/Q信號； 處理單元，用于對所述零中頻I/Q信號進(jìn)行測頻和檢波處理并根據(jù)雷達(dá)調(diào)頻步進(jìn)量得到中心頻率和數(shù)字化延時后的零中頻I/Q信號；以及 獲得單元，用于根據(jù)所述中心頻率得到每一個目標(biāo)回波的多普勒頻率和I/Q形式的初始相位。
7.如權(quán)利要求1所述的基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述卷積模塊具體包括 復(fù)乘單元，用于根據(jù)所述數(shù)字化延時后的零中頻I/Q信號和所述I/Q形式的初始相位進(jìn)行復(fù)乘得到實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號； 卷積單元，用于根據(jù)所述實時相位調(diào)整后的目標(biāo)回波信號和所述一維距離像模型進(jìn)行卷積；以及 調(diào)制單元，用于根據(jù)所述卷積結(jié)果進(jìn)行2倍內(nèi)插IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號。
8.如權(quán)利要求1所述的SAR雷達(dá)回波實時模擬方法，其特征在于，所述上變頻模塊具體包括 轉(zhuǎn)換單元，用于通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片對所述中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到中頻目標(biāo)回波模擬信號；以及 上變頻單元，用于將所述中頻目標(biāo)回波模擬信號進(jìn)行兩級上變頻得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于步進(jìn)頻雷達(dá)的回波模擬方法及系統(tǒng)。其中，方法包括以下步驟設(shè)置目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)和反射系數(shù)并根據(jù)反射系數(shù)得到一維距離像模型；接收毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號并通過下變頻單元對毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)信號下變頻到中頻頻段；基帶信號處理單元對中頻頻段的中頻信號進(jìn)行處理得到延時后的零中頻I/Q信號和I/Q形式的初始相位；根據(jù)延時后的零中頻I/Q信號、I/Q形式的初始相位和一維距離像模型進(jìn)行卷積和2倍IQ調(diào)制得到中頻頻段目標(biāo)回波信號；以及將中頻頻段目標(biāo)回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和兩級上變頻處理得到毫米波波段目標(biāo)回波信號。根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過建立一維距離像模型以及采用正交變頻、IQ調(diào)制、卷積和兩級上下變頻，從而提高了實時性，同時擴大了應(yīng)用范圍。
文檔編號G01S7/40GK103048650SQ20121059384
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者陶青長, 梁志恒, 顧明, 吳冰 申請人:清華大學(xué)