本實(shí)用新型涉及一種雷達(dá)測(cè)試裝置，具體涉及一種多功能綜合信號(hào)模擬器。

背景技術(shù)：

雷達(dá)電磁威脅環(huán)境的日益復(fù)雜,對(duì)信號(hào)模擬器提出了更高的要求,計(jì)算機(jī)和高速微波器件的高速發(fā)展,也促進(jìn)了模擬技術(shù)的發(fā)展。在設(shè)計(jì)方面,多功能綜合信號(hào)模擬器正朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展,并采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)；在模擬功能方面,多功能綜合信號(hào)模擬器朝著綜合一體化的方向發(fā)展,把多個(gè)系統(tǒng)功能集成到一個(gè)系統(tǒng)上。

隨著對(duì)雷達(dá)的精度、速度和目標(biāo)個(gè)數(shù)的要求不斷增加，對(duì)模擬器的要求不但增加。目前還缺乏能模擬制導(dǎo)雷達(dá)、搜索雷達(dá)和測(cè)量雷達(dá)等系統(tǒng)調(diào)試所需的目標(biāo)回波信號(hào)及典型干擾環(huán)境的寬帶多功能綜合信號(hào)模擬器，來(lái)配合雷達(dá)完成雷達(dá)系統(tǒng)的功能調(diào)試任務(wù)，并在雷達(dá)交付后負(fù)責(zé)擔(dān)負(fù)操作員的訓(xùn)練任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種多功能綜合信號(hào)模擬器，具體如下：

一種多功能綜合信號(hào)模擬器，其特征在于，所述模擬器包括CPCI機(jī)箱、CPCI機(jī)箱上部件、CPCI機(jī)箱內(nèi)的功能插件和處理器，所述CPCI機(jī)箱上部件包括接口、指示燈和開(kāi)關(guān)，所述功能插件包括CPCI總線、接收下變頻單元、寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器、幅度控制合成單元、發(fā)射上變頻單元、綜合控制與同步器、頻綜和CPCI電源；所述發(fā)射上變頻單元包括18-26GHz上變頻系統(tǒng)和26-40GHz上變頻系統(tǒng)；所述處理器包括回波距離延時(shí)處理器、距離衰減模擬處理器和多普勒頻移處理器。

可選的，接收下變頻單元前設(shè)有限幅器。

可選的，所述接口包括接收天線接口、發(fā)射天線接口、顯示器接口、鍵盤(pán)接口和鼠標(biāo)接口。

可選的，所述接口還包括一個(gè)調(diào)試網(wǎng)口和備份的發(fā)射與接收射頻信號(hào)接口。

可選的，所述模擬器的前面板正面上方設(shè)有電源開(kāi)關(guān)和狀態(tài)指示燈，所述狀態(tài)指示燈為電源指示燈、正常工作指示燈和故障指示燈；所述模擬器的后面板設(shè)有兩個(gè)風(fēng)扇、成一排的七個(gè)Y11插座、和成另一排的四個(gè)N/SMA插座和兩個(gè)Y11插座。

可選的，所述模擬器還包括機(jī)柜，所述機(jī)柜設(shè)有機(jī)柜電源和地線接口。

本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式模擬器設(shè)計(jì)遵循“實(shí)用、可靠、先進(jìn)、輕便、經(jīng)濟(jì)”的設(shè)計(jì)原則。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中全面貫徹以下設(shè)計(jì)思想：a)采用6U標(biāo)準(zhǔn)CPCI總線結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)集成，減小組合體積；b)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式實(shí)現(xiàn)模擬器與主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；c)硬件設(shè)計(jì)留有充分的測(cè)試接口，便于系統(tǒng)調(diào)試與維護(hù)；d)電磁兼容性設(shè)計(jì)貫穿于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣的方案和技術(shù)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，以確保系統(tǒng)可靠地工作。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器前面立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器后面立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器組成框圖；

圖4為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器接口連接示意圖；

圖5為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器工作原理圖；

圖6為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器部分功能插件外部連線圖；

圖7為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器從前面看的三維效果圖；

圖8為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器從后面看的三維效果圖；

圖9為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器主控模塊的流程框圖；

圖10為實(shí)施例1多功能綜合信號(hào)模擬器回波信號(hào)產(chǎn)生模塊的流程框圖；

圖中，1CPCI總線、2接收下變頻單元、3寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器、4幅度控制合成單元、5發(fā)射上變頻單元、6頻綜、7 CPCI電源、8綜合控制和同步器、9處理器、11電源開(kāi)關(guān)、12電源指示燈、13正常工作指示燈、14故障指示燈、21風(fēng)扇、22Y11插座、23N/SMA插座。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型之技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，以下茲例舉實(shí)施例并配合附圖詳予說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1-2和圖6-7所示，一種多功能綜合信號(hào)模擬器，一種多功能綜合信號(hào)模擬器，所述模擬器包括CPCI機(jī)箱、CPCI機(jī)箱上部件、CPCI機(jī)箱內(nèi)的功能插件和處理器9，所述CPCI機(jī)箱上部件包括接口、指示燈和開(kāi)關(guān)，所述功能插件包括CPCI總線1、接收下變頻單元2、寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3、幅度控制合成單元4、發(fā)射上變頻單元5、綜合控制與同步器8、頻綜6和CPCI電源7；所述發(fā)射上變頻單元5包括18-26GHz上變頻系統(tǒng)和26-40GHz上變頻系統(tǒng)；所述處理器9包括回波距離延時(shí)處理器、距離衰減模擬處理器和多普勒頻移處理器。所述接口包括接收天線接口、發(fā)射天線接口、顯示器接口、鍵盤(pán)接口和鼠標(biāo)接口。所述模擬器的前面板正面上方設(shè)有電源開(kāi)關(guān)11和狀態(tài)指示燈，所述狀態(tài)指示燈為電源指示燈12、正常工作指示燈13和故障指示燈14；所述模擬器的后面板設(shè)有兩個(gè)風(fēng)扇21、成一排的七個(gè)Y11插座22、和成另一排的四個(gè)N/SMA插座23和兩個(gè)Y11插座22。

本實(shí)用新型實(shí)施例的功能插件連線如圖6。所述CPCI機(jī)箱為8U通用CPCI機(jī)箱，所述CPCI總線2為14槽CPCI總線背板，所述CPCI電源7為雷達(dá)系統(tǒng)通用的6U CPCI電源，所述CPCI電源7的輸入輸出接插件為PCIH47M400A1，所述處理器為單片機(jī)或PLC。余者皆為普通市售元器件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)替換以相同或類(lèi)似功能的器件。

本實(shí)用新型實(shí)施例的模擬器原理如圖3-5，接收下變頻單元2對(duì)接收天線收到的各波段信號(hào)進(jìn)行信號(hào)電平和頻率的變換，進(jìn)行限幅和濾波處理，給出寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3能接受的信號(hào)形式。通用模擬器的工作頻率是0.4～18GHz18～40GHz，試驗(yàn)前根據(jù)試驗(yàn)雷達(dá)的工作頻率設(shè)定模擬器的工作頻段，在這個(gè)頻段上把接收到的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)向下變頻到中頻，再對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)參數(shù)的調(diào)制完成雷達(dá)回波信號(hào)模擬。目標(biāo)參數(shù)包括距離、多普勒頻率、各種幅度起伏等；寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3完成對(duì)雷達(dá)信號(hào)波形的存儲(chǔ)，通過(guò)快速數(shù)學(xué)運(yùn)算，對(duì)當(dāng)前基帶數(shù)字波形進(jìn)行相位、頻率、幅度等目標(biāo)參數(shù)調(diào)制，并將目標(biāo)數(shù)據(jù)和干擾數(shù)據(jù)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出中頻模擬信號(hào)；幅度控制合成單元4完成對(duì)中頻目標(biāo)信號(hào)和干擾信號(hào)的幅度調(diào)制與信號(hào)合成，送發(fā)射上變頻單元5；發(fā)射上變頻單元5實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3中復(fù)制出的中頻信號(hào)頻率轉(zhuǎn)化，使其與雷達(dá)工作頻率相同，同時(shí)提升所產(chǎn)生信號(hào)的功率電平，使其滿(mǎn)足輸出功率要求；頻綜6提供模擬器工作所需的各種頻率，協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作；CPCI電源7提供工作所需的二次電源。

本實(shí)用新型實(shí)施例的控制原理如圖9-10，綜合控制和同步器9實(shí)現(xiàn)對(duì)上/下變頻、調(diào)制、寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3工作時(shí)序的多種控制，使系統(tǒng)同步工作，回波距離延時(shí)處理器、距離衰減模擬處理器和多普勒頻移處理器產(chǎn)生多種調(diào)制所需的調(diào)制信號(hào)。

本實(shí)施例的工作原理是，工作時(shí)多功能綜合信號(hào)模擬器連接有接收天線、發(fā)射天線和控制計(jì)算機(jī)，雷達(dá)通過(guò)發(fā)射機(jī)和天線向空中發(fā)射各種電磁波信號(hào)，在近場(chǎng)某處安裝有本實(shí)施例的模擬器，模擬器的接收下變頻單元2接收來(lái)自雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，進(jìn)行限幅、衰減、放大、濾波處理，再經(jīng)一次下變頻到中頻1.2GHz,再送到寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3進(jìn)行儲(chǔ)頻采樣，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。處理器8和綜合控制和同步器9根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)程要求，確定模擬目標(biāo)和導(dǎo)彈的數(shù)量、目標(biāo)距離、幅度、多普勒頻率、干擾類(lèi)型等參數(shù)，并把它們變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)控制碼和時(shí)序控制信號(hào)及調(diào)制信號(hào)，分別送數(shù)字儲(chǔ)頻插件、多普勒調(diào)制、發(fā)射上變頻，實(shí)現(xiàn)所需的頻域、時(shí)域、幅度控制，產(chǎn)生合乎要求的模擬目標(biāo)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)前置驅(qū)動(dòng)、功率放大，從發(fā)射天線發(fā)射給雷達(dá)，配合雷達(dá)進(jìn)行功能和性能調(diào)試。其中，目標(biāo)回波距離延時(shí)模擬就是模擬器將接收到的雷達(dá)發(fā)射波形延遲一段時(shí)間再回送，需要用到波形存儲(chǔ)器，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字波形存儲(chǔ)方案，由寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)回波距離衰減模擬是在發(fā)射上變頻單元5中實(shí)現(xiàn)的，控制計(jì)算機(jī)將接收發(fā)射通道固定衰減、目標(biāo)速度、距離信息，根據(jù)目標(biāo)的速度計(jì)算出當(dāng)前目標(biāo)與雷達(dá)的距離，并將距離轉(zhuǎn)換為回波動(dòng)態(tài)衰減量，然后將通道固定衰減與動(dòng)態(tài)衰減相加得到發(fā)射通道總衰減量，最后通過(guò)CPCI總線1將該值寫(xiě)入發(fā)射上變頻單元5。發(fā)射上變頻單元5根據(jù)發(fā)射通道總衰減量，控制混頻器前后各個(gè)數(shù)控衰減器的相應(yīng)衰減，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波距離衰減的模擬。對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻移模擬采用數(shù)字頻率合成技術(shù)DDS實(shí)現(xiàn)，由寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器3完成，該插件實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻輸入信號(hào)的AD采樣、下變頻、數(shù)字波形存儲(chǔ)以及上變頻，通過(guò)將多普勒頻移加在上變頻通道的NCO上，使輸出的中頻波形具有多普勒頻移。

回波距離延時(shí)原理：

雷達(dá)接收到目標(biāo)反射的回波與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)之間的時(shí)間延遲，反映了目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)天線的徑向距離。延遲時(shí)間τ與目標(biāo)的徑向距離R之間有以下關(guān)系：

τ＝2R/c………………………………………(1)

式中：

—延遲時(shí)間；

—目標(biāo)徑向距離；

—電磁波在空氣中的傳播速度。

從式中可見(jiàn)，目標(biāo)回波的延時(shí)與距離成正比，可以通過(guò)控制回波的延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同距離目標(biāo)的模擬。

距離衰減模擬原理：

目標(biāo)回波的距離衰減特性：目標(biāo)回波的功率與目標(biāo)到雷達(dá)的距離R的4次方成反比，即

P_r＝C(P_t/R⁴)………………………………………(2)

式中：

—雷達(dá)與目標(biāo)參數(shù)確定的常數(shù)；

—雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波的功率；

—雷達(dá)發(fā)射波的功率；

—目標(biāo)到雷達(dá)的距離。

從式中可見(jiàn)，雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波功率與雷達(dá)發(fā)射波功率之間滿(mǎn)足距離四次衰減關(guān)系。另外，由于模擬器與雷達(dá)的距離基本固定，所以模擬器接收到的雷達(dá)信號(hào)功率與雷達(dá)發(fā)射功率成正比。因此模擬器可以將接收到的雷達(dá)發(fā)射波形存儲(chǔ)，并通過(guò)控制發(fā)射通道的衰減來(lái)模擬目標(biāo)回波的距離衰減。

多普勒頻移原理：

當(dāng)目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)作徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)回波將產(chǎn)生多普勒的頻移，多普勒頻率可用公式表示為

f_d＝2v_r/λ…………………………………(3)

式中：

—發(fā)射波長(zhǎng)，約為0.05m；

—目標(biāo)徑向速度。

從上式可以看出，當(dāng)模擬目標(biāo)的速度為600m/s時(shí)，目標(biāo)回波的多普勒頻移約為24kHz。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波的多普勒特性實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為一個(gè)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度成正比的多普勒頻移。因此通過(guò)對(duì)目標(biāo)回波加上一個(gè)多普勒頻率，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波的多普勒特性模擬。

干擾模擬原理：

a)假目標(biāo)干擾：產(chǎn)生假目標(biāo)的時(shí)延和多普勒頻率假目標(biāo)干擾。該系統(tǒng)可模擬產(chǎn)生1～8個(gè)距離和速度相關(guān)的運(yùn)動(dòng)假目標(biāo)，也可產(chǎn)生多個(gè)固定假目標(biāo)；

b)距離拖引：根據(jù)控制命令、拖引規(guī)律和拖引參數(shù)，實(shí)時(shí)產(chǎn)生距離延遲干擾信號(hào)；

c)距離/速度復(fù)合拖引干擾：距離/速度復(fù)合拖引時(shí)，控制方式與b基本相同，只是延遲變化和速度是相關(guān)的；

d)壓制性假目標(biāo)：壓制性假目標(biāo)是一種具有一定密度的隨機(jī)分布的假目標(biāo)脈沖序列或一種具有一定密度的脈寬和重頻周期隨機(jī)分布的雜亂脈沖；

e)寬帶阻塞噪聲：寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器根據(jù)噪聲中心頻率、噪聲帶寬或噪聲范圍，產(chǎn)生均勻隨機(jī)數(shù)或高斯規(guī)律隨機(jī)數(shù)，實(shí)時(shí)產(chǎn)生寬帶調(diào)頻噪聲；

f)瞄頻噪聲：寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻器根據(jù)在測(cè)頻碼、測(cè)頻準(zhǔn)備好信號(hào)和瞄頻波門(mén)的引導(dǎo)下，產(chǎn)生均勻隨機(jī)數(shù)或高斯規(guī)律隨機(jī)數(shù)，實(shí)時(shí)產(chǎn)生窄帶噪聲信號(hào)；

g)掃頻噪聲：根掃頻帶寬、噪聲帶寬、掃頻速率等信息，按照掃描規(guī)律和參數(shù)產(chǎn)生噪聲調(diào)制信號(hào)控制DDS產(chǎn)生一定掃描周期和掃描范圍的掃頻噪聲干擾信號(hào)，掃頻的中心可人工設(shè)定；

h)噪聲調(diào)幅、噪聲調(diào)頻、噪聲調(diào)相和組合調(diào)制：噪聲組合調(diào)制，實(shí)際上是噪聲調(diào)幅和噪聲調(diào)頻的組合，或是噪聲調(diào)幅和噪聲調(diào)相的組合，當(dāng)進(jìn)行組合調(diào)制時(shí)，可利用上述噪聲調(diào)幅、噪聲調(diào)頻、噪聲調(diào)幅的方法進(jìn)行組合調(diào)制，對(duì)信號(hào)的A(t)、ω(t)、φ(t)進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生具有均勻隨機(jī)或高斯隨機(jī)規(guī)律組合調(diào)制的噪聲干擾信號(hào)；

i)間斷調(diào)制：間斷調(diào)制即脈沖調(diào)制干擾，可控制射頻通道的高速調(diào)制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。；

j)連續(xù)波干擾：連續(xù)波噪聲干擾即占空比為100％的連續(xù)干擾，可利用FPGA控制DDS產(chǎn)生噪聲干擾信號(hào)，并將射頻通道的高速調(diào)制開(kāi)關(guān)控制為常開(kāi)狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)波噪聲干擾；

k)梳狀譜干擾：梳狀譜干擾與掃頻噪聲干擾的產(chǎn)生方式類(lèi)似，利用寬帶數(shù)字儲(chǔ)頻實(shí)現(xiàn)具有調(diào)頻調(diào)相的DDS，通過(guò)這個(gè)DDS實(shí)現(xiàn)窄帶噪聲，再控制窄帶噪聲的中心頻率以固定的梳狀譜譜間隔分時(shí)掃描信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)梳狀譜干擾；

l)靈巧干擾：是一種同時(shí)具有欺騙和噪聲干擾特點(diǎn)的干擾技術(shù)。欺騙干擾的優(yōu)點(diǎn)是利用相干技術(shù)的干擾，對(duì)于采用相參處理的雷達(dá)，如PD雷達(dá)和脈沖壓縮雷達(dá)而言，欺騙干擾信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)后可獲得較大的積累增益，不易被衰減，需要的功率相對(duì)要小，缺點(diǎn)是如果干擾從雷達(dá)的主瓣進(jìn)入，容易使干擾機(jī)暴露。噪聲干擾除了需要知道雷達(dá)信息量少就可實(shí)施干擾的優(yōu)點(diǎn)外，就是干擾機(jī)暴露的機(jī)率要小，但是噪聲干擾不具有相關(guān)性，在采用相參處理的雷達(dá)容易被相關(guān)處理掉，而得不到高的積累增益，而需要較大的干擾功率譜密度，極大的浪費(fèi)了功率資源。而靈巧干擾就是利用欺騙干擾的相干性使噪聲干擾容易進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，并獲得較高的積累增益。

機(jī)柜為模擬器除了提供一般的保護(hù)外，還提供電源和底線接口。

本實(shí)施例的回波距離延時(shí)處理器、距離衰減模擬處理器和多普勒頻移處理器三個(gè)處理器處理信號(hào)的處理計(jì)算，比單獨(dú)一個(gè)處理器的計(jì)算速度更快，處理的數(shù)據(jù)量更大，可以處理更多的信號(hào)，可以避免因?yàn)橛?jì)算問(wèn)題造成的延時(shí)故障等問(wèn)題。

本實(shí)施例的上變頻系統(tǒng)分為18-26GHz上變頻系統(tǒng)和26-40GHz上變頻系統(tǒng)，同樣可以加快處理速度，更重要的是可以減少干擾，利于混頻和濾波，更有利于回波信號(hào)的發(fā)射。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1的不同之處在于，接收下變頻單元2前設(shè)有限幅器。所述模擬器還包括一個(gè)調(diào)試網(wǎng)口和備份的發(fā)射與接收射頻信號(hào)接口。

限幅器保證接收信號(hào)最大功率時(shí)接收下變頻單元2不損壞。調(diào)試網(wǎng)口供連接調(diào)試設(shè)備，備份的發(fā)射與接收射頻信號(hào)接口提供了備份，可以在出現(xiàn)故障時(shí)使用。

綜上所述，僅為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，不以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡依本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆為本實(shí)用新型專(zhuān)利涵蓋的范圍之內(nèi)。