一种高超声速宽频带射频目标模拟系统的制作方法

1.本发明属于雷达目标模拟技术领域，尤其涉及一种高超声速宽频带射频目标模拟系统，特别是一种舰载雷达高超声速宽频带射频目标模拟产生设备，可解决舰载雷达在训练中缺少高超声速目标配合的问题。


背景技术：

2.目前，随着高超声速武器的发展，美国和俄罗斯等军事强国相继公布了高超声速导弹和高超声速无人机研制计划，目标飞行速度可以达到6马赫以上。目标的高超速运动会使目标的径向距离变化率出现较高次幂的变化，使雷达难以录取并跟踪目标，防御难度极大。目前开发了很多雷达目标模拟设备。这些设备的功能以模拟产生常规目标信号为主，主要针对常规普通运动速度目标的模拟，还没有专门产生高超声速目标信号的方法和设备。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，提供一种高超声速宽频带射频目标模拟系统，能够为雷达提供最大速度达到13马赫的射频模拟目标，用于雷达对高超声速目标的探测性能检验和效能评估。
4.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
5.一种高超声速宽频带射频目标模拟系统，包括：雷达信号接收变频模块、目标延时数字储频模块、多普勒信号产生模块、瞬时测频模块、信号幅度及宽带功放模块、宽带本振模块、控制模块；其中，
6.通过雷达信号接收变频模块将接收到的雷达信号进行滤波、低噪声线性放大后，与宽带本振模块产生的本振信号进行混频得到中频信号，输出到目标延时数字储频模块，目标的时间延时值在控制模块中读取，实现高超声速运动目标的距离变化模拟；然后经过多普勒信号产生模块加入多普勒频移调制信息，多普勒频移值也从控制模块中读取，实现高超声速射频目标的速度模拟；最后由控制模块实时计算目标当前距离下的衰减值，经过信号幅度及宽带功放模块实现目标信号幅度的精确模拟；瞬时测频模块实时精确地测量雷达信号的频率，通过控制模块为目标延时数字储频模块和多普勒信号产生模块提供精确的被试雷达辐射信号频率，实现模拟的高超声速射频目标信号与被试雷达信号的相参。
7.作为优选，雷达信号接收变频模块，用于接收雷达的辐射信号，并对接收到的雷达辐射信号进行幅度调整、低噪声放大，并与宽带本振模块的本振信号混频至数字储频所需的频段，输出到目标延时数字储频模块。
8.作为优选，目标延时数字储频模块，用于对目标进行距离延迟，用于模拟运动目标在雷达不同天线扫描周期下的出现距离；根据模拟目标位置，控制模块计算模拟目标回波信号相对于被试雷达发射脉冲的时延值；在被试雷达发射信号检波脉冲的同步下，控制模块根据时延值读取数字射频存储器存储的相应的中频脉冲信号，模拟对应于不同距离的各目标回波。
9.作为优选，多普勒信号产生模块，用于对目标回波信息进行多普勒调制；控制模块根据目标速度和被试雷达信号载频计算出所需的多普勒信号频率，控制直接数字式频率合成器产生正交的两路多普勒信号；目标延时数字储频模块输出的经距离调制的中频数字信号经i/q正交抽取器形成正交信号；将i/q两路中频数字信号与直接数字式频率合成器产生的正交的两路多普勒信号进行正交混频，最终输出即为多普勒频率调制后的回波中频信号。
10.作为优选，瞬时测频模块，用于对雷达信号接收接收变频模块输出的信号频率进行精确测量；控制模块根据宽带本振模块的频率和瞬时测频模块的输出，计算出当前被试雷达辐射信号频率，以计算模拟目标的多普勒频率。
11.作为优选，信号幅度及宽带功放模块，用于实现对目标信号幅度的调制，将经距离延时和多普勒调制输出的模拟目标中频信号恢复至被试雷达原有的信号频率上，然后将模拟目标信号放大至所需的功率电平发射出去，产生高超声速射频目标信号，被雷达接收；控制模块根据模拟目标的初始距离和初始衰减量，实时计算目标当前距离下的衰减值，并对程控衰减器进行控制，实现目标信号幅度的精确模拟。
12.作为优选，宽带本振模块，用于根据被试雷达信号的工作频率，产生接收下变频电路和发射上变频电路所需的混频本振信号。
13.作为优选，控制模块，根据被试雷达和模拟目标参数，实时产生模拟目标当前的时延值传输给目标延时数字储频模块，实现模拟目标的距离调制；根据宽带本振模块的频率和瞬时测频模块的输出计算出被试雷达信号的频率，实时产生模拟目标的多普勒频移传输给多普勒信号产生模块，实现对模拟目标信号的多普勒调制；产生信号幅度调制的控制参数传输给信号幅度及宽带功放模块，实现目标信号幅度的精确模拟；并对相应模块进行实时控制。
14.作为优选，信号幅度及宽带功放模块由高速射频程控衰减器实现对目标信号幅度的调制。
15.作为优选，多普勒调制受信号处理电路的控制，将信号处理电路输出的多普勒频率调制信号上变频至1.5ghz中心频率，作为信号幅度及宽带功放模块的本振信号。
16.本发明产生的高超声速射频模拟目标信号特征明显，易于被雷达接收和测量；采用宽频带系统设计，达到2
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18ghz的频率覆盖范围；可模拟产生最大相对径向速度达13马赫的目标，可用于雷达对高超声速目标的探测性能检验和效能评估。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明的高超声速目标射频模拟系统结构示意图；
19.图2为模拟目标延时示意图；
20.图3为数字多普勒调制技术实现示意图；
21.图4为多普勒频移合成示意图。
具体实施方式
22.以下实施例会结合附图对本发明进行详述，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在实际应用中，各部件的形状、厚度或高度可扩大或缩小。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
23.如图1所示，本发明提供一种高超声速宽频带射频目标模拟系统，包括：雷达信号接收变频模块、目标延时数字储频模块、多普勒信号产生模块、瞬时测频模块、信号幅度及宽带功放模块、宽带本振模块、控制模块。本发明可以精确控制射频模拟目标的距离变化、多普勒频移和幅度变化特性来产生高超声速射频模拟目标，实现与真实的高超声速运动目标相一致。各个模块的实现功能如下：
24.雷达信号接收变频模块，用于接收雷达的辐射信号，并对接收到的雷达辐射信号进行幅度调整、低噪声放大，并与宽带本振模块的本振信号混频至数字储频所需的频段，输出到目标延时数字储频模块。
25.目标延时数字储频模块，用于对目标进行距离延迟，延时的目的是模拟运动目标在雷达不同天线扫描周期下的出现距离。控制模块根据目标的运动速度和时间差计算出模拟目标的下一个出现距离，换算为延时时间。在本发明系统中，模拟的射频目标回波在雷达屏幕上的出现距离必须是严格受控的，方能为雷达所录取和跟踪。为此，必须对模拟目标的距离进行高精度距离延迟。为实现对宽带频率捷变雷达模拟回波信号的时延(距离)模拟，采用宽带数字储频电路实现。根据模拟目标位置，控制模块计算模拟目标回波信号相对于被试雷达发射脉冲的时延值；在被试雷达发射信号检波脉冲的同步下，控制模块根据时延值读取数字射频存储器存储的相应的中频脉冲信号，精确模拟对应于不同距离(时延值)的各目标回波，如图2所示。
26.多普勒信号产生模块，用于对目标回波信息进行多普勒调制。多普勒信号产生模块利用数字算法实现对雷达信号的频率调制，代替传统利用混频器、滤波器等微波器件实现对模拟信号的频率调制。具体的实现方法如图3所示：控制模块根据目标速度和被试雷达信号载频计算出所需的多普勒信号频率，控制直接数字式频率合成器产生正交的两路多普勒信号；目标延时数字储频模块输出的经距离调制的中频数字信号经i/q正交抽取器形成正交信号；将i/q两路中频数字信号与直接数字式频率合成器产生的正交的两路多普勒信号进行正交混频，最终输出即为多普勒频率调制后的回波中频信号。
27.多普勒频率的模拟精度取决于雷达信号频率的选取精度。为了实现对频率捷变雷达的高超声速目标模拟，本发明中增加了一瞬时测频模块，对雷达信号接收接收变频模块输出的信号频率进行精确测量。控制模块根据宽带本振模块的频率和瞬时测频模块的输出，计算出当前被试雷达辐射信号频率，据此可精确计算模拟目标的多普勒频率。
28.瞬时测频模块，用于对雷达信号接收变频模块的输出信号(中频信号)进行精确测量，可精确测量出信号的频率、相位信息，传输给控制模块。
29.信号幅度及宽带功放模块，由宽带、大动态范围的高速射频程控衰减器实现对目标信号幅度的调制，将经距离延时和多普勒调制输出的模拟目标中频信号恢复至被试雷达原有的信号频率上，然后将模拟目标信号放大至所需的功率电平发射出去，产生高超声速射频目标信号，被雷达接收。控制模块根据模拟目标的初始距离和初始衰减量，实时计算目
标当前距离下的衰减值，并对程控衰减器进行控制，实现目标信号幅度的精确模拟。
30.宽带本振模块，用于根据被试雷达信号的工作频率，产生接收下变频电路和发射上变频电路所需的混频本振信号。
31.控制模块，根据被试雷达和模拟目标参数，实时产生模拟目标当前的时延值传输给目标延时数字储频模块，实现模拟目标的距离调制；根据宽带本振模块的频率和瞬时测频模块的输出计算出被试雷达信号的频率，实时产生模拟目标的多普勒频移传输给多普勒信号产生模块，实现对模拟目标信号的多普勒调制；产生信号幅度调制的控制参数传输给信号幅度及宽带功放模块，实现目标信号幅度的精确模拟；并对相应模块进行实时控制。
32.本发明的高超声速宽频带射频目标模拟系统，通过雷达信号接收变频模块将接收到的雷达信号进行滤波、低噪声线性放大后，与宽带本振模块产生的本振信号进行混频得到中频信号，输出到目标延时数字储频模块，目标的时间延时值在控制模块中读取，实现高超声速运动目标的距离变化模拟；然后经过多普勒信号产生模块加入多普勒频移调制信息，多普勒频移值也从控制模块中读取，实现高超声速射频目标的速度模拟；最后由控制模块实时计算目标当前距离下的衰减值，经过信号幅度及宽带功放模块实现目标信号幅度的精确模拟；瞬时测频模块实时精确地测量雷达信号的频率，通过控制模块为目标延时数字储频模块和多普勒信号产生模块提供精确的被试雷达辐射信号频率，实现模拟的高超声速射频目标信号与被试雷达信号的相参。
33.本发明模拟产生高超声速射频模拟目标信号的关键在于精确控制射频模拟目标信号的延迟距离变化、多普勒频移量和信号幅度变化特性三个方面。其中延迟距离的变化的目的是模拟运动目标位移的变化，在模拟射频信号中加入多普勒频移(相位和频率的变化)的目的是为了模拟真实的高速运动目标的多普勒效应，信号的幅度变化的目的是为了模拟目标处于不同距离时雷达接收到的信号能量变化。
34.(1)目标距离模拟
35.在本发明系统中，模拟的雷达回波在雷达屏幕上的出现距离必须是严格受控的，方能为雷达提供真值数据。为此，必须对目标的距离进行高精度距离延迟，而距离的延迟在本系统中可等效为时间的延迟。实现方法为：雷达信号接收变频模块的目的是输出中频信号(是模拟信号)，将被试雷达信号混频后降为中频信号的目的是便于后续处理。目标延时数字储频模块对中频信号进行数字采样后变换为数字信号(转换为数字信号的目的是能够精确的控制延时时间)，模拟信号到数字信号转换后，将数字信号送入时间延迟电路，对该雷达脉冲信号进行包络提取，将上升沿信号作为检波脉冲基准脉冲，在被试雷达发射信号检波脉冲的同步下，目标延时数字储频模块根据控制模块计算出的模拟目标的时延值τn，读取数字射频存储器存储的中频发射脉冲，精确模拟对应于不同时延值的目标回波。控制模块根据模拟目标的运动速度和时间差计算出模拟目标的下一个出现距离，换算为延时时间τn。
36.(2)目标多普勒频移模拟
37.除了对目标进行距离延迟以外，还需要对目标回波信息进行多普勒调制，并进行高速实时地加入多普勒频移，才能实现高超声速的速度模拟。实现方法是：目标延时数字储频模块的输出信号是加入了时延值(距离调制)的中频数字信号，多普勒信号产生模块首先将此中频数字信号进行i/q正交抽取，形成i中频数字信号和q中频数字信号；如图3，控制模
块根据设置的模拟目标速度和被试雷达信号载频计算出所需的多普勒信号频率，产生频率控制字，控制直接数字式频率合成器产生正交的i多普勒信号和q多普勒信号；多普勒信号产生模块再将i中频数字信号、q中频数字信号与i多普勒信号、q多普勒信号进行正交混频，最终输出即为多普勒频率调制后的回波中频信号。
38.多普勒调制电路受信号处理电路的控制，将信号处理电路输出的多普勒频率调制信号上变频至1.5ghz中心频率上去，作为信号幅度及宽带功放模块的本振信号。多普勒频移范围为
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0.5mhz～0.5mhz，对应于在雷达工作频率为18ghz时，可以模拟相对径向速度达13马赫的运动目标，原理框图如图4所示。在多普勒调制电路的两次变频过程中，在两次变频后加入了滤波电路设计，保证了杂散小于
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50dbc。
39.(3)目标强度模拟
40.为了模拟目标回波信号的强度，根据被试雷达的技术参数，所模拟目标的雷达截面积、目标至雷达的距离、目标幅度起伏特性等影响模拟射频目标信号强度的诸因素，计算目标回波的脉冲信号强度，并根据射频通道输出信号的强度及本系统最大有效辐射功率，计算控制输出信号幅度所需要的衰减值，控制射频通道内的衰减器，使到达被试雷达接收天线的回波信号强度等于计算值。这种射频目标信号模拟方式可逼真地模拟包括脉冲压缩、频率捷变及脉冲多普勒雷达的相参和非相参目标回波信号。
41.多普勒信号产生模块输出的模拟目标中频信号已经进行了距离调制和多普勒调制，信号幅度及宽带功放模块将此中频信号与宽带本振模块的本振信号进行混频，得到与被试雷达信号相同的频率，然后将此信号进行功率放大发射出去，产生高超声速射频目标信号，被雷达接收。控制模块根据模拟目标的初始距离和初始衰减量，实时计算目标当前距离下的衰减值，并对信号幅度及宽带功放模块的程控衰减器进行控制，实现目标信号幅度的精确模拟。
42.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。