本發(fā)明涉及一種雷達(dá)回波延遲相參模擬方法，尤其涉及一種基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的雷達(dá)回波延遲相參模擬方法，屬于雷達(dá)回波模擬技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

雷達(dá)回波模擬是系統(tǒng)模擬技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，雷達(dá)回波模擬技術(shù)模擬的對(duì)象是雷達(dá)的目標(biāo)和環(huán)境，模擬的結(jié)果是復(fù)現(xiàn)蘊(yùn)含雷達(dá)目標(biāo)及目標(biāo)環(huán)境信息的雷達(dá)回波信號(hào)。脈沖雷達(dá)回波模擬的核心是對(duì)直接反映雷達(dá)與目標(biāo)之間相對(duì)距離信息的延遲進(jìn)行模擬。然而，當(dāng)雷達(dá)回波模擬器(后文將簡(jiǎn)稱模擬器)與雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同源時(shí)，雷達(dá)回波延遲模擬將存在偽延遲。為了消除偽延遲的影響，提高脈沖雷達(dá)回波模擬的精度，目前工程上常使用兩種方法：一種是利用外部參考頻率輸入的方式，另一種則是利用模擬器本地鎖相環(huán)來(lái)跟蹤雷達(dá)發(fā)射載波頻率。

2004年孫玉柱等人在《飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)》期刊第23卷第2期第41頁(yè)至43頁(yè)發(fā)表的“基于dds技術(shù)的雷達(dá)多普勒頻率模擬器”一文中，以及2005年趙將等人在《電子技術(shù)應(yīng)用》期刊第9期第20頁(yè)至22頁(yè)發(fā)表的“基于dsp、dds和arm的雷達(dá)中頻信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”一文中，均提出了使用外部參考頻率輸入將雷達(dá)和模擬器共用一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)源，保證兩者的發(fā)射載波與工作時(shí)鐘均相參的雷達(dá)回波模擬方法，這種工作方式模擬精度高。但多數(shù)場(chǎng)景下，雷達(dá)通常是一個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng)，無(wú)法進(jìn)行基準(zhǔn)頻率輸入和基準(zhǔn)頻率輸出，從而無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和模擬器的基準(zhǔn)頻率相參。

2012年張崇斌等人在《火力與指揮控制》期刊第37卷第10期第165頁(yè)至168頁(yè)發(fā)表的“導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”一文中，提出了一種利用模擬器本地鎖相環(huán)對(duì)雷達(dá)發(fā)射簡(jiǎn)單脈沖信號(hào)的鎖相與同步，當(dāng)鎖相環(huán)鎖定后實(shí)現(xiàn)了模擬器再生基準(zhǔn)源與雷達(dá)輸入載波的相參，之后再利用模擬器再生基準(zhǔn)源進(jìn)行雷達(dá)回波延遲模擬的方法。該方法消除了偽延遲，但鎖相環(huán)一般鑒頻范圍有限，對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生的大帶寬信號(hào)，鎖相環(huán)鎖相跟蹤困難，難于精確產(chǎn)生與雷達(dá)基準(zhǔn)頻率相參的模擬器再生頻率基準(zhǔn)，導(dǎo)致難于利用鎖相再生方式實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波延時(shí)的相參模擬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的雷達(dá)回波延遲相參模擬方法，該方法一方面采用數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)接收到雷達(dá)發(fā)射信號(hào)經(jīng)模數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)；另一方面，以提取出的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)調(diào)制脈沖包絡(luò)作為計(jì)量參考，通過(guò)一定數(shù)量調(diào)制脈沖間隔內(nèi)的模擬器本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)周值(計(jì)數(shù)個(gè)數(shù))與同時(shí)間間隔內(nèi)雷達(dá)時(shí)鐘計(jì)數(shù)周值的聯(lián)合解算，得出雷達(dá)參考時(shí)鐘與模擬器參考時(shí)鐘間的頻率修正系數(shù)；將頻率修正系數(shù)與模擬器本地時(shí)鐘延遲計(jì)數(shù)相乘，獲得修正后的時(shí)鐘延遲數(shù)目，再經(jīng)過(guò)該數(shù)量的模擬器本地時(shí)鐘周期延遲后將數(shù)字射頻存儲(chǔ)信號(hào)讀出，經(jīng)d/a(數(shù)模)轉(zhuǎn)換后輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)回波延遲的相參模擬。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的雷達(dá)回波延遲相參模擬方法，如圖1所示，具體過(guò)程為：

步驟一，模擬器對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖進(jìn)行包絡(luò)提??；在n2個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖周期內(nèi)，模擬器利用本地時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)n3；

其中，floor為向下取整函數(shù)；n1為在雷達(dá)發(fā)射脈沖的重復(fù)周期內(nèi)，雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)；fclk_sim表示模擬器上本地時(shí)鐘的頻率；fclk_radar表示雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率；

步驟二，計(jì)算修正后的回波延時(shí)模擬量τ'(n)，

其中，τ(n)為擬模擬的目標(biāo)雷達(dá)回波所對(duì)應(yīng)的回波延遲，α為雷達(dá)與模擬器的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率值之比，為頻率修正系數(shù)；

步驟三，根據(jù)所述回波延時(shí)模擬量τ'(n)，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的模擬器標(biāo)稱時(shí)鐘周數(shù)k'；

步驟四，利用所述k'值，控制經(jīng)模擬器處理后得到、并進(jìn)行數(shù)字射頻存儲(chǔ)的數(shù)字中頻信號(hào)的讀出時(shí)序，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)回波的延遲模擬。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述數(shù)字中頻信號(hào)由模擬器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行下變頻、低通濾波和a/d轉(zhuǎn)換采樣后得到，所述數(shù)字中頻信號(hào)在雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖控制下進(jìn)行數(shù)字射頻存儲(chǔ)；所述讀出的數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換、上變頻及帶通濾波后，得到回波模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)回波的延遲模擬。

有益效果

1)本發(fā)明突破了傳統(tǒng)雷達(dá)回波模擬器實(shí)現(xiàn)相參雷達(dá)回波模擬需增加外部時(shí)鐘基準(zhǔn)的瓶頸，創(chuàng)新性地提出了一種對(duì)信號(hào)進(jìn)行發(fā)射脈沖包絡(luò)提取、多脈沖周期內(nèi)本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻率在線精確測(cè)量與補(bǔ)償?shù)幕夭ㄑ舆t相參模擬方法，改善了模擬器工作的靈活性，提高了雷達(dá)回波距離延遲模擬的精度。

2)所述方法與雷達(dá)發(fā)射脈沖內(nèi)信號(hào)形式無(wú)關(guān)，具有廣泛的適應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的雷達(dá)回波延遲相參模擬方法的流程圖；

圖2為實(shí)施例1雷達(dá)回波相參模擬方法的實(shí)施框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面參照附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)例基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的雷達(dá)回波延遲相參模擬方法，該實(shí)例中雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)，具體過(guò)程為：

第一步：模擬器接收信號(hào)模型

模擬器接收雷達(dá)發(fā)射的脈沖調(diào)制的線性調(diào)頻信號(hào)，表示如下：

式中，f0為雷達(dá)發(fā)射載波頻率，tp為脈沖寬度，tr為脈沖重復(fù)周期，a為線性調(diào)頻信號(hào)幅度，k為線性調(diào)頻調(diào)制系數(shù)b為線性調(diào)頻帶寬，為雷達(dá)發(fā)射載波初始相位，rect(t)為矩形脈沖函數(shù)，定義如下：

第二步：距離延遲相參模擬

模擬器采用頻率為flo_sim的本振，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行下變頻、低通濾波、a/d轉(zhuǎn)換器采樣后，得到數(shù)字中頻信號(hào)為：

式中，fi＝f0-flo_sim為模擬器中頻接收信號(hào)頻率，fs為模擬器a/d轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)鐘頻率，為模擬器采樣時(shí)鐘周期。

模擬器通過(guò)數(shù)字功率檢波方式進(jìn)行雷達(dá)發(fā)射脈沖的包絡(luò)提取，即進(jìn)行下述邏輯運(yùn)算：

式(4)中用sr(n)表示sr_if_sim(n)。

與此同時(shí)，在提取出的雷達(dá)發(fā)射脈沖控制下，模擬器對(duì)a/d轉(zhuǎn)換后的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)。

考慮在雷達(dá)發(fā)射脈沖pulse_radar(n)的重復(fù)周期tr內(nèi)，雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘(實(shí)際頻率計(jì)為fclk_radar)計(jì)數(shù)n1個(gè)時(shí)鐘周期。在n2個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖pulse_radar(n)周期內(nèi)，模擬器利用本地時(shí)鐘(實(shí)際頻率計(jì)為fclk_sim)進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)，考慮在該時(shí)間間隔內(nèi)模擬器本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)周值為n3，因此可得：

其中，floor為向下取整函數(shù)。

若雷達(dá)的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率值為f'clk_radar，模擬器的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率值為f'clk_sim，兩者的比值定義為：

設(shè)模擬器擬模擬距離為r(nts)的雷達(dá)回波，即對(duì)應(yīng)的回波延遲為：

式中，c＝3×10⁸m/s為光速。

定義修正后的回波延遲模擬量τ'(n)為：

其中，k'為τ'(n)對(duì)應(yīng)的模擬器標(biāo)稱時(shí)鐘周數(shù)。

模擬器利用式(8)計(jì)算得到的k'值，通過(guò)對(duì)所存儲(chǔ)數(shù)字波形的讀出時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)回波的延遲模擬，得到：

式(9)所述信號(hào)經(jīng)d/a變換后，轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，得到：

采用頻率為flo_sim的模擬器本振信號(hào)cos(2πflo_simt)對(duì)st_if_sim(t)進(jìn)行上變頻、帶通濾波后，得到：

其中，為模擬器射頻輸出信號(hào)初始相位。

實(shí)施例1距離延遲模擬精度分析

分析修正后的回波延遲模擬量

經(jīng)模擬器本地時(shí)鐘量化后的距離延遲為：

κm＝round(τ'(n)×f'clk_sim)(13)

其中，round()為四舍五入取整函數(shù)。

則模擬器模擬產(chǎn)生的雷達(dá)回波實(shí)際延遲為：

該回波經(jīng)雷達(dá)接收、檢測(cè)與無(wú)失真跟蹤測(cè)量后，得到雷達(dá)本地時(shí)鐘距離延遲計(jì)數(shù)值為：

κr(n)＝τm(n)×fclk_radar(15)

經(jīng)雷達(dá)解算后的距離延遲量為：

由此可得，雷達(dá)解算后的距離延遲τr(n)與期望距離延遲τ(n)之間的相對(duì)誤差為：

實(shí)施例2：

本實(shí)例基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的雷達(dá)回波延遲相參模擬方法，該實(shí)例中雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)，雷達(dá)和模擬器的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率均為300mhz，即f'clk_radar＝f'clk_sim＝300mhz，雷達(dá)時(shí)鐘準(zhǔn)穩(wěn)度為10ppm，即雷達(dá)工作時(shí)鐘實(shí)際頻率fclk_radar＝300×(1+10^-5)mhz；模擬器時(shí)鐘準(zhǔn)穩(wěn)度為-10ppm，即模擬器工作時(shí)鐘實(shí)際頻率fclk_sim＝300×(1-10^-5)mhz?？紤]雷達(dá)工作時(shí)鐘計(jì)數(shù)n1＝750000個(gè)時(shí)鐘周期，產(chǎn)生周期該方法的具體過(guò)程為：

第一步：模擬器接收信號(hào)模型

模擬器接收線性調(diào)頻發(fā)射信號(hào)，表示如下：

式中，tp＝0.5×(1-10^-5)ms為雷達(dá)發(fā)射脈沖的寬度，f0＝15×(1+10^-5)ghz為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)載波頻率，a＝1v為線性調(diào)頻信號(hào)幅度，k為線性調(diào)頻調(diào)制系數(shù)b＝0.1×(1+10^-5)mhz為線性調(diào)頻信號(hào)帶寬，為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)初始相位，rect(t)為矩形脈沖函數(shù)，

第二步：距離延遲相參模擬

模擬器采用頻率為flo_sim＝14.88×(1-10-⁵)ghz的本振，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行下變頻，低通濾波、a/d轉(zhuǎn)換器采樣后，得到數(shù)字中頻信號(hào)為：

式中，fi＝f0-flo_sim＝120.2988mhz為模擬器中頻接收信號(hào)頻率，fs＝300×(1-10-⁵)mhz為模擬器a/d轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)鐘頻率，為模擬器采樣時(shí)鐘周期。

模擬器通過(guò)數(shù)字功率檢波方式進(jìn)行雷達(dá)發(fā)射脈沖的包絡(luò)提取，即進(jìn)行下述邏輯運(yùn)算：

與此同時(shí)，在提取出的雷達(dá)發(fā)射脈沖控制下，模擬器啟動(dòng)對(duì)a/d轉(zhuǎn)換后的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的數(shù)字存儲(chǔ)。

之后，模擬器進(jìn)行n2＝1000個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖周期內(nèi)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)，由前述分析，在該時(shí)間段內(nèi)的模擬器本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值n3為

設(shè)期望模擬的距離為r(nts)＝150km，則對(duì)應(yīng)的回波延遲為：

式中，c＝3×10⁸m/s為光速。

定義修正后的回波延遲模擬量τ'(n)為：

得到k'＝299994。

模擬器以啟動(dòng)存儲(chǔ)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的時(shí)刻為初始0時(shí)刻，經(jīng)過(guò)k'＝299994個(gè)時(shí)鐘周期，讀出存儲(chǔ)的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)數(shù)字波形，得到：

經(jīng)d/a變換后，轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，得到：

采用頻率為flo_sim的模擬器本振信號(hào)cos(2πflo_simt)對(duì)sif_sim(t)進(jìn)行上變頻、帶通濾波后，得到：

其中，為模擬器射頻輸出信號(hào)初始相位，k'＝299994。

實(shí)施例2距離延遲模擬精度分析

分析修正后的回波延遲模擬量

其中，k'＝299994。

該距離延遲對(duì)應(yīng)的模擬器本地時(shí)鐘延遲計(jì)數(shù)值為：

κm＝round(τ'(n)×f'clk_sim)＝k'＝299994

其中，round()為四舍五入取整函數(shù)。

對(duì)應(yīng)上述延遲計(jì)數(shù)值，模擬器所模擬產(chǎn)生回波的實(shí)際延遲為：

其中，fclk_sim＝300×(1-10^-5)mhz為模擬器工作時(shí)鐘實(shí)際頻率。

該回波經(jīng)雷達(dá)接收、檢測(cè)與無(wú)失真跟蹤測(cè)量后，得到雷達(dá)本地時(shí)鐘距離延遲計(jì)數(shù)值為：

其中，fclk_radar＝300×(1+10^-5)mhz為雷達(dá)工作時(shí)鐘實(shí)際頻率。

經(jīng)雷達(dá)解算后的距離延遲量為：

由此可得，雷達(dá)解算后的距離延遲τr(n)與期望距離延遲τ(n)之間的相對(duì)誤差為：

可見，所述模擬方法具有非常高的距離延遲模擬精度。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。