專利名稱：一種多普勒雷達回波模擬裝置及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多普勒雷達回波模擬裝置，以及天線耦合、相參變頻、多普勒頻率調(diào)制、數(shù)字化可控延遲、可控衰減的方法。
背景技術：
多普勒雷達模擬器用于多普勒雷達的整機測試，能夠在實驗室驗證多普勒雷達使用過程中的工作情況和整機參數(shù)。目前，國內(nèi)和國外的多普勒雷達基本上都使用中頻模擬器，該類型的模擬器是把多普勒信號從多普勒雷達的中頻部分加入，然后進行測試，而回波模擬器則是把多普勒信號從多普勒雷達的天線加入，其技術難度和成本都要遠高于中頻模擬器。并且，現(xiàn)有的中頻模擬器對多普勒雷達射頻部分無法進行檢測，造成實際使用過程中出現(xiàn)的一些問題在實驗室無法暴露出來，例如天線出了故障。對于目前中頻模擬器對多普勒雷達不能全面檢測的問題，采用多普勒雷達回波模擬器就可以解決。多普勒雷達回波模擬器可以精確模擬多普勒雷達在空中的工作情況，它的基本功能是對多普勒雷達進行全面的檢測，用于多普勒雷達試驗室測試和生產(chǎn)線調(diào)試，它的關鍵功能是可以代替多普勒雷達研發(fā)過程中所作的試飛試驗，從而減輕研發(fā)人員的辛苦，減少測試設備和試驗費用，且比用飛機做試飛試驗安全。因此，采用多普勒雷達回波模擬器代替多普勒雷達研發(fā)過程中所作的試飛試驗，在人力、物力、安全、經(jīng)濟等成本上具有特別重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能對多普勒雷達進行全面檢測的多普勒雷達回波模擬器，降低多普勒雷達研發(fā)過程中的成本。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為提供一種多普勒雷達回波模擬器，包括變頻單元、調(diào)制單元、回波采集器，在此基礎上，還包括天線耦合器，以及開關衰減組件或合路衰減組件，天線耦合器直接接收多普勒雷達的天線發(fā)出的信號，開關衰減組件或合路衰減組件設置在天線耦合器和變頻單元之間，變頻單元的下變頻輸出端輸出中頻信號，依次經(jīng)過調(diào)制單元和回波采集器后輸出給變頻單元的上變頻輸入端。其中，天線耦合器具有上底面，下地面和內(nèi)壁；多普勒雷達放置在上底面，下底面有多個小天線，分別對應所述多普勒雷達發(fā)射或接收的多個波束；內(nèi)壁貼有吸波材料。開關衰減組件或合路衰減組件具有衰減器，還具有多個通道，與多普勒雷達的多個波束通道相對應。變頻單元具有下變頻單元，本振源單元和上變頻單元；其中，下變頻單元和上變頻單元的接收信號分別與所述本振源單元輸出的本振信號相干混頻，實現(xiàn)上變頻和下變頻。調(diào)制單元包括DDS和噪聲發(fā)生器；其中，噪聲發(fā)生器產(chǎn)生噪聲信號；DDS產(chǎn)生多普勒頻率信號，對下變頻單元輸出的中頻信號進行多普勒頻率調(diào)制，然后將調(diào)制后的信號與噪聲信號疊加。 該回波模擬器還具有エ控計算機，該エ控計算機通過外部輸入設備接收載機的三 軸向速度數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過接ロ電路設置調(diào)制單元、回波采集器、以及開關 衰減組件或合路衰減組件。

提供一種多普勒雷達回波模擬器的實現(xiàn)方法，包括以下步驟步驟(1)直接接收多普勒雷達的天線分時發(fā)射的多個波束；步驟O)將接收到的多個波束轉(zhuǎn)換到ー個通道；步驟(3)對步驟O)中得到的信號進行下變頻，得到中頻信號；步驟對中頻信號進行多普勒頻率調(diào)制，并對調(diào)制后的中頻信號疊加噪聲イ丨
號；步驟(5)對步驟中得到的信號進行時間延遲； 步驟(6)對步驟(5)中得到的信號進行上變頻，得到模擬的多普勒雷達回波イi
號；步驟(7)將模擬的多普勒雷達回波信號分時轉(zhuǎn)換到多個通道，然后發(fā)送回多普 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
勒雷達C 1)可以精確模擬多普勒雷達在空中的工作情況，能對多普勒雷達進行全面檢測； 2)可以代替多普勒雷達研發(fā)過程中所作的試飛試驗，從而在人力、物力、安全、經(jīng)‘、.-濟等成本上具有特別重大的意義。


圖1是多普勒雷達發(fā)射信號和回波信號的示意圖；圖2是本發(fā)明總體結構框圖；圖3A是本發(fā)明單天線多普勒雷達回波模擬器的天線耦合器的示意圖；圖加是本發(fā)明雙天線多普勒雷達回波模擬器的天線耦合器的示意圖；圖4A是本發(fā)明單天線多普勒雷達回波模擬器的開關衰減組件的結構框圖；圖4B是本發(fā)明雙天線多普勒雷達回波模擬器的開關衰減組件的結構框圖；圖5是本發(fā)明變頻單元的結構框圖；圖6是本發(fā)明調(diào)制單元的結構框具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進ー步的詳細描述。參照圖1，多普勒雷達發(fā)射信號為4波束ICW(間斷連續(xù)波)形式的頻率為 13. 325GHz 士0. 5MHz微波信號，每個波束的周期為25. 5ms，每個波束的前6. 8ms為微波抑制 時間。回波信號為4波束ICW形式的頻率為13. 325GHz士0. 5MHz±fd的加噪聲的微波信號， 時序應隨高度延遲。參照圖2，多普勒雷達通過天線分時發(fā)射頻率為fQ = 13. 325GHz的A、B、C、D四個 波束的信號，經(jīng)過天線耦合器，傳輸?shù)介_關衰減組件或合路衰減組件，被轉(zhuǎn)換到ー個通道， 經(jīng)過下變頻得到頻率為f + = 10. 7MHz的中頻信號，然后與多普勒頻率も調(diào)制，利用多普勒雷達回波采集器進行數(shù)字化可控延遲，再進行上變頻，得到頻率為fo士fd的加噪聲信號，該信號通過開關衰減組件或合路衰減組件傳輸?shù)教炀€耦合器，然后分時轉(zhuǎn)換到A、B、C、D四個通道，發(fā)射回多普勒雷達天線。其中，INH、LEFT、BACK、ICffl信號分別為多普勒雷達的微波抑制信號、左向波束控制信號、后向波束控制信號和收發(fā)轉(zhuǎn)換信號，均由多普勒雷達發(fā)出。天線耦合器采用近場耦合的方式。對于收發(fā)共用的單天線多普勒雷達回波模擬器，其天線耦合器的示意圖如圖3A所示，下底面有4個小天線，分別對應單天線多普勒雷達的A、B、C、D四個波束。對于收發(fā)分離的雙天線多普勒雷達回波模擬器，其天線耦合器的示意圖如圖:3B所示，由接收天線耦合器和發(fā)射天線耦合器組成，每個耦合器的下底面各有4 個小天線，其中，接收天線耦合器的4個小天線分別對應多普勒雷達的A、B、C、D四個發(fā)射波束，發(fā)射天線耦合器的4個小天線分別對應多普勒雷達的A、B、C、D四個接收波束。天線耦合器的上底面的開口凹槽放置多普勒雷達，天線口面向下，內(nèi)壁貼吸波材料，防止多普勒雷達的發(fā)射信號以及回波信號經(jīng)過天線耦合器的內(nèi)壁反射影響多普勒雷達和回波模擬器正常工作。對于收發(fā)共用的單天線多普勒雷達回波模擬器，采用開關衰減組件，其基本原理參照圖4A 開關衰減組件的A、B、C、D四個通道分別對應多普勒雷達的A、B、C、D四個波束通道，回波模擬器的接收和發(fā)射對應多普勒雷達的發(fā)射和接收。其中，衰減器采用程控衰減器，由工控計算機控制。對于收發(fā)分離的雙天線多普勒雷達回波模擬器，采用合路衰減組件，其基本原理參照圖4B 合路衰減組件由接收通道合路器和發(fā)射通道合路器構成，接收通道合路器的A、B、C、D四個通道分別對應多普勒雷達的A、B、C、D四個發(fā)射波束通道，發(fā)射通道合路器的A、B、C、D四個通道分別對應多普勒雷達的A、B、C、D四個接收波束通道，衰減器也采用程控衰減器，由工控計算機控制。參照圖5，變頻單元的本振源由3個獨立源組成第一本振頻率為12. 425GHz ；第二本振頻率為800MHz ；第三本振頻率為89. 3MHz。下變頻由三級變頻器組成第一級頻率為13. 325GHz的多普勒雷達發(fā)射信號與第一本振混頻，經(jīng)過中心頻率為900MHz、帶寬為 50MHz帶通濾波器1濾出下邊帶，得到頻率為900MHz的信號；第二級把頻率為900MHz的信號與第二本振混頻，經(jīng)過中心頻率為100MHz、帶寬為5MHz帶通濾波器2濾出下邊帶，得到頻率為IOOMHz的信號；第三級把頻率為IOOMHz的信號與第三本振混頻，經(jīng)過中心頻率為 10. 7MHz、帶寬為3MHz帶通濾波器3濾出下邊帶，得到頻率為10. 7MHz的信號。上變頻由三級變頻器組成第一級頻率為10. 7MHz士fd的加噪聲信號與第三本振調(diào)制，經(jīng)過中心頻率為 100MHz、帶寬為5MHz帶通濾波器4濾出上邊帶，得到頻率為100MHz士fd的加噪聲信號；第二級把頻率為100MHz士fd的加噪聲信號與第二本振調(diào)制，經(jīng)過中心頻率為900MHz、帶寬為 50MHz帶通濾波器5濾出上邊帶，得到頻率為900MHz士fd的加噪聲信號；第三級把頻率為 900MHz士fd的加噪聲信號與第一本振調(diào)制，經(jīng)過中心頻率為13. 325GHz、帶寬為200MHz帶通濾波器6濾出上邊帶，得到頻率為13. 325GHz士fd的加噪聲的信號，即回波信號。這種相參變頻的方法保證了回波模擬器的測試精度和可實現(xiàn)性。一方面，回波信號的頻率總是相對發(fā)射頻率差fd，既保證了同一個多普勒雷達可以長時間使用，不受發(fā)射頻率慢漂移影響，又保證了同型號的多普勒雷達都可以使用，從而不受發(fā)射源的改變影響； 另一方面，回波模擬器的本振頻率慢漂移時不影響回波模擬器的使用，降低了本振的要求和成本。多普勒雷達回波模擬器用到的變頻單元可以與圖5中的不一樣，變到的中頻也不一定要為 ο. 7MHz，關鍵在于一定要相參變頻以多普勒雷達發(fā)射頻率為基準，下變頻變下來多少，上變頻就變上去多少。圖6是多普勒頻率調(diào)制的基本原理，多普勒頻移信號fd由DDS產(chǎn)生，頻率由工控計算機設置，頻率范圍為0 15kHz，精度為0. 7Hz。多普勒頻移信號fd與頻率為 10. 7MHz的信號調(diào)制，當為后向波束時，下降沿截止頻率為10. 7003MHz的帶通濾波器1輸出10. 7MHz+fd頻率的信號；當為前向波束時，上升沿截止頻率為10. 6997MHz的帶通濾波器 2輸出10. 7MHz-fd頻率的信號，然后再與噪聲信號疊加，便得到頻率為10. 7MHz士fd的加噪聲信號?；夭ú杉骷椿夭ú杉瘑卧?，它是用來對多普勒雷達中頻信號(10. 7MHz)進行采樣、A/D轉(zhuǎn)換、存儲、回放的一個小型設備，它的存儲時間可由工控計算機設置。多普勒雷達回波模擬器具有工控計算機，它是整個多普勒雷達回波模擬器的計算和控制單元。載機飛行的三軸向速度、高度、姿態(tài)可通過工控計算機操作界面用鍵盤、鼠標輸入，也可以通過仿真機輸入。工控計算機每接收到一組輸入數(shù)據(jù)，先后計算出四個波束的多普勒頻率、延遲時間和空間衰減量，并存儲起來，然后以微波抑制(INH)信號為定時信號根據(jù)左向(LEFT)、后向(BACK)信號狀態(tài)給相應的波束設置多普勒頻率、延遲時間和空間衰減量。計算公式如下設輸入的三軸向速度分別為Vx(前)、VY(左)、VZ(上)，高度為H，俯仰角為Φ，橫滾角為Ψ，其中，Vx(前)、VY(左)、vz(上)為大地坐標系的三軸向速度，轉(zhuǎn)換到多普勒雷達坐標系后的三軸向速度分別為Vxa(航向)、VYa(橫向)、Vza(垂向)，則三軸向速度在大地坐標系與多普勒雷達坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系為
權利要求
1.一種多普勒雷達回波模擬器，包括變頻單元、調(diào)制單元、回波采集器，其特征在于，所述回波模擬器還包括天線耦合器，以及開關衰減組件或合路衰減組件，所述天線耦合器直接接收多普勒雷達的天線發(fā)出的信號，所述開關衰減組件或合路衰減組件設置在所述天線耦合器和所述變頻單元之間，所述變頻單元的下變頻輸出端輸出中頻信號，依次經(jīng)過所述調(diào)制單元和回波采集器后輸出給所述變頻單元的上變頻輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述天線耦合器具有上底面，下底面和內(nèi)壁；所述上底面放置所述多普勒雷達，所述下底面具有多個小天線，與所述多普勒雷達發(fā)射的多個波束相對應；所述內(nèi)壁貼有吸波材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述天線耦合器由接收天線耦合器和發(fā)射天線耦合器構成，所述天線耦合器具有上底面，下底面和內(nèi)壁；所述上底面放置所述多普勒雷達，所述下底面具有多個小天線，與所述多普勒雷達發(fā)射或接收的多個波束相對應；所述內(nèi)壁貼有吸波材料。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述開關衰減組件包括譯碼器、衰減器和多個開關；所述多個開關由所述譯碼器控制，與所述多普勒雷達的多個波束通道相對應。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述合路衰減組件由接收通道合路器和發(fā)射通道合路器構成；所述接收通道合路器具有多個接收通道，與所述多普勒雷達的多個發(fā)射波束通道相對應；所述發(fā)射通道合路器具有衰減器和多個發(fā)射通道，所述發(fā)射通道與所述多普勒雷達的多個接收波束通道相對應。
6.根據(jù)權利要求1至3之一所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述變頻單元包括下變頻單元、本振源單元、上變頻單元。所述下變頻單元和上變頻單元的接收信號分別與所述本振源單元輸出的本振信號相干混頻，實現(xiàn)上變頻和下變頻。
7.根據(jù)權利要求6所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述本振源單元具有多個獨立的本振源，所述下變頻單元和上變頻單元是多級變頻器，每一級變頻器的接收信號與該級變頻器對應的一個本振源輸出的本振信號相干混頻，所述下變頻單元的每一級變頻器濾出所得到的混頻信號的下邊帶；所述上變頻單元的每一級變頻器濾出所得到的混頻信號的上邊帶。
8.根據(jù)權利要求1至3之一所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述調(diào)制單元包括DDS和噪聲發(fā)生器；所述噪聲發(fā)生器產(chǎn)生噪聲信號；所述DDS產(chǎn)生多普勒頻率信號，對所述中頻信號進行多普勒頻率調(diào)制，再與所述噪聲信號疊加。
9.根據(jù)權利要求1至3之一所述的多普勒雷達回波模擬器，其特征在于，所述回波模擬器還具有工控計算機，所述工控計算機通過外部輸入設備接收載機的三軸向速度數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)，并通過接口電路設置所述調(diào)制單元、所述回波采集器、所述開關衰減組件或合路衰減組件。
10.一種多普勒雷達回波模擬器的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟步驟(1)直接接收多普勒雷達的天線分時發(fā)射的多個波束；步驟O)將接收到的多個波束轉(zhuǎn)換到一個通道；步驟(3)對步驟O)中得到的信號進行下變頻，得到中頻信號；步驟對所述中頻信號進行多普勒頻率調(diào)制，并對調(diào)制后的中頻信號疊加噪聲信對步驟中得到的信號進行時間延遲；對步驟(5)中得到的信號進行上變頻，得到模擬的多普勒雷達回波信號； 將所述模擬的多普勒雷達回波信號分時轉(zhuǎn)換到多個通道，然后發(fā)送回所述號；步驟⑶ 步驟(6) 步驟(7)多普勒雷達。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，利用天線耦合器直接接收所述多普勒雷達天線分時發(fā)射的多個波束，所述天線耦合器具有上底面，下底面和內(nèi)壁；所述多普勒雷達放置在所述上底面，所述下底面有多個小天線，分別對應所述多普勒雷達天線發(fā)射或接收的多個波束；所述內(nèi)壁貼有吸波材料。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，所述下變頻和所述上變頻是通過與本振信號相干混頻實現(xiàn)的。
13.根據(jù)權利要求10或12所述的方法，其特征在于，所述下變頻和所述上變頻是通過多級變頻實現(xiàn)的。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，通過外部輸入設備向所述回波模擬器的工控計算機輸入載機飛行的三軸向速度數(shù)據(jù)，高度數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述工控計算機計算出所述四個波束的多普勒頻率、延遲時間和空間衰減量，并通過接口電路對每個波束的多普勒頻率、延遲時間和空間衰減量進行設置。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，所述多個波束的多普勒頻率fdA、fdB、 fdC、fdD通過公式(1)分別計算得出
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，所述多個波束的波束長度la、lb、1。、Id 通過公式(3)分別計算得出
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多普勒雷達回波模擬器。該回波模擬器包括天線耦合器、開關衰減組件或合路衰減組件、變頻單元、調(diào)制單元、回波采集器，其中，天線耦合器可以直接接收多普勒雷達的天線發(fā)出的信號，開關衰減組件或合路衰減組件設置在天線耦合器和變頻單元之間，變頻單元的下變頻輸出端輸出中頻信號，依次經(jīng)過調(diào)制單元和回波采集器后輸出給變頻單元的上變頻輸入端。本發(fā)明可以對多普勒雷達進行全面檢測，有效降低多普勒雷達的研發(fā)成本。
文檔編號G01S7/40GK102435984SQ20111026869
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權日2011年9月9日
發(fā)明者徐自明 申請人:陜西長嶺電子科技有限責任公司