一種高分辨雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)產(chǎn)生方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于目標(biāo)特征響應(yīng)模型的高分辨雷達(dá)回波信號(hào)產(chǎn)生方法。該方法利用DRFM技術(shù)能完整保留射頻信號(hào)細(xì)微特征的特點(diǎn)，通過(guò)下變頻和A／D采樣獲取雷達(dá)發(fā)射信號(hào)采樣序列；通過(guò)試驗(yàn)或電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法獲取目標(biāo)特征響應(yīng)模型；將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)采樣序列與目標(biāo)特征響應(yīng)模型進(jìn)行卷積，卷積后的數(shù)據(jù)序列通過(guò)D／A和上變頻恢復(fù)為射頻信號(hào)，作為高分辨雷達(dá)模擬目標(biāo)回波信號(hào)輸出。采用該技術(shù)產(chǎn)生的模擬目標(biāo)回波信號(hào)不但保留了發(fā)射信號(hào)的相位信息，而且包含了被探測(cè)目標(biāo)的特征信息，可以用于高分辨雷達(dá)測(cè)試。該方法已經(jīng)在我院研制的某型設(shè)備中使用，驗(yàn)證了該方法的有效性和正確性。
【專利說(shuō)明】一種高分辨雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高分辨雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)產(chǎn)生方法，該方法產(chǎn)生的目標(biāo)回波信號(hào)不但保留了雷達(dá)發(fā)射信號(hào)相位信息，而且攜帶被探測(cè)目標(biāo)特征信息，可以用于高分辨雷達(dá)測(cè)試，屬裝備測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]早期的雷達(dá)多采用非相參點(diǎn)頻率工作體制，使用與雷達(dá)發(fā)射機(jī)同步且同頻工作的普通微波信號(hào)源就可以產(chǎn)生滿足測(cè)試需求的模擬目標(biāo)回波信號(hào)。后期出現(xiàn)了非相參捷變頻雷達(dá)，采用瞬時(shí)測(cè)頻加頻率引導(dǎo)技術(shù)，來(lái)滿足雷達(dá)的脈間頻率捷變的要求。其工作原理是用瞬時(shí)測(cè)頻技術(shù)快速測(cè)量雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作頻率，并輸出測(cè)頻碼；快速頻率引導(dǎo)電路根據(jù)測(cè)頻碼的數(shù)值，快速引導(dǎo)微波振蕩器的工作頻率到雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作頻率上，保證模擬回波信號(hào)的頻率始終跟蹤捷變頻雷達(dá)的發(fā)射機(jī)的頻率變化；采用開(kāi)環(huán)引導(dǎo)、閉環(huán)校準(zhǔn)技術(shù)來(lái)保證模擬目標(biāo)回波信號(hào)的頻率跟蹤精度在整個(gè)帶寬范圍內(nèi)滿足非相參雷達(dá)測(cè)試要求。由于頻率跟蹤精度低，該方法不能滿足相參和準(zhǔn)相參雷達(dá)回波信號(hào)模擬需求。伴隨相參雷達(dá)出現(xiàn)，采用聲表面波延遲線或光纖延遲線技術(shù)產(chǎn)生相參雷達(dá)的模擬目標(biāo)回波信號(hào)。其工作原理是將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換為聲表面波或光波，由聲表面波延遲線或光纖延遲線進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后的聲波或光波再由換能器轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波，利用聲波在聲波延遲線或光波在光纖延遲線中的傳播來(lái)等效電磁波在空間中的傳播，由于延遲線能保留原雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的相位信息，可以用于相參和準(zhǔn)相參雷達(dá)回波信號(hào)的模擬，但缺點(diǎn)是延遲線一旦做好后，延遲時(shí)間是固定不變的，不能模擬目標(biāo)距離的連續(xù)變化，也就不能測(cè)量雷達(dá)的距離跟蹤性能，而且采用延遲線對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)直接延時(shí)，無(wú)法在模擬回波信號(hào)中疊加目標(biāo)特征信息。采用數(shù)控延遲線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)模擬回波延時(shí)的步進(jìn)式變化，但無(wú)法在模擬目標(biāo)回波信號(hào)中附加目標(biāo)特征信息，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代高分辨雷達(dá)測(cè)試對(duì)模擬目標(biāo)回波信號(hào)的要求。迫切需要產(chǎn)生模擬目標(biāo)距離連續(xù)可調(diào)，且模擬回波信號(hào)中能夠附加目標(biāo)特征信息的高分辨雷達(dá)回波信號(hào)，滿足高分辨雷達(dá)測(cè)試的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及到一種基于目標(biāo)特征響應(yīng)模型的高分辨雷達(dá)模擬回波信號(hào)產(chǎn)生方法，該方法的基本步驟是:①將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)通過(guò)下變頻器轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，然后利用A / D轉(zhuǎn)換器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行采樣；②將A / D采樣信號(hào)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)；③通過(guò)試驗(yàn)手段或電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法，獲取艦船、角反射器等目標(biāo)的特征響應(yīng)模型；④將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)采樣值與目標(biāo)特征響應(yīng)模型進(jìn)行卷積運(yùn)算，獲取攜帶目標(biāo)特征的雷達(dá)回波信號(hào)采樣序列；⑤將獲取的雷達(dá)回波信號(hào)采樣序列經(jīng)D / A轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)；⑥通過(guò)上變頻器將恢復(fù)后的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，作為模擬雷達(dá)回波信號(hào)輸出。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0004]圖1模擬器總體框圖
[0005]圖2連續(xù)采樣循環(huán)存儲(chǔ)原理框圖
【具體實(shí)施方式】
[0006]本發(fā)明的具體內(nèi)容是:
[0007]1、回波信號(hào)模擬器總體設(shè)計(jì)
[0008]本發(fā)明的高分辨雷達(dá)回波信號(hào)模擬采用基于DRFM技術(shù)的艦船等擴(kuò)展目標(biāo)回波信號(hào)生成技術(shù)。高分辨雷達(dá)一般采用相參體制，利用DRFM技術(shù)能很好地保持雷達(dá)發(fā)射信號(hào)相位信息的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)采樣序列與艦船、角反射器等目標(biāo)的特征響應(yīng)模型進(jìn)行卷積運(yùn)算，得到模擬目標(biāo)回波信號(hào)。采用該技術(shù)產(chǎn)生的模擬目標(biāo)回波信號(hào)既保留了相參雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的相位等細(xì)微特征信息，又疊加了艦船、角反射器等目標(biāo)的特征信息，可以用于高分辨雷達(dá)導(dǎo)引頭的性能測(cè)試。
[0009]模擬器以DRFM電路為核心，由程控本振、上變頻器、下變頻器、低通濾波器、采樣電路A / D轉(zhuǎn)換器、譯碼電路D / A轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)控制器、數(shù)字濾波器和主控制器等組成，如圖1所示。
[0010]模擬器的工作過(guò)程是:將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)作為模擬器的射頻輸入，通過(guò)下變頻器轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，然后通過(guò)采樣電路A / D轉(zhuǎn)換器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行采樣和量化編碼，并將獲得的數(shù)字量保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)；通過(guò)存儲(chǔ)控制器控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出延遲時(shí)間(該延遲時(shí)間代表模擬目標(biāo)的距離信息)，輸出數(shù)據(jù)在數(shù)字濾波器內(nèi)與目標(biāo)特征信息進(jìn)行卷積運(yùn)算；數(shù)字濾波器的輸出經(jīng)譯碼器D / A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，經(jīng)上變頻器轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)作為模擬目標(biāo)回波信號(hào)輸出。
[0011]根據(jù)奈奎斯特采樣定理，若A / D轉(zhuǎn)換器的采樣速率fs不低于基帶信號(hào)x(t)頻率fH的兩倍，則采樣信號(hào)X (n) =X (nTs)(其中Ts=I / fs為采樣間隔)將包含原信號(hào)x (t)的所有信息。再經(jīng)D / A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)后的信號(hào)和原輸入信號(hào)x(t)的相位信息和頻率信息相同，經(jīng)上變頻器恢復(fù)為射頻信號(hào)。由于輸出端的上變頻器和輸入端的下變頻器采用同一個(gè)本振，輸出射頻信號(hào)與輸入射頻信號(hào)具有相同的頻率和相位等特征信息，但在時(shí)間上有一個(gè)延遲(該延遲時(shí)間代表模擬目標(biāo)的距離信息)，延遲時(shí)間通過(guò)控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀出的時(shí)間改變，可以實(shí)現(xiàn)延遲時(shí)間的連續(xù)可調(diào)變化。
[0012]通過(guò)控制本振信號(hào)的頻率可以改變系統(tǒng)工作的射頻頻率?？刂茢?shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀出的時(shí)間間隔可以控制模擬目標(biāo)到雷達(dá)的距離，模擬裝置的工作頻率和模擬距離信息由主控制器根據(jù)模擬器的工作參數(shù)和狀態(tài)設(shè)定。
[0013]2、DRFM的采樣數(shù)據(jù)循環(huán)存儲(chǔ)方法
[0014]雷達(dá)導(dǎo)引頭一般采用脈沖體制，在脈沖持續(xù)期間將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采樣存儲(chǔ)，經(jīng)延時(shí)和濾波處理后再還原成高頻信號(hào)輸出，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量由采樣速率和脈沖寬度決定?？紤]到本發(fā)明的通用性，采用連續(xù)采樣循環(huán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0015]連續(xù)采樣循環(huán)存儲(chǔ)技術(shù)的原理框圖如圖2所示。電路由ADC、DAC、雙端口 RAM、寫(xiě)地址產(chǎn)生電路、讀地址產(chǎn)生電路、寫(xiě)清零定時(shí)器和可控延時(shí)電路等組成。電路處于連續(xù)工作狀態(tài)，輸入信號(hào)X (t)經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)X (η)，在寫(xiě)地址產(chǎn)生電路的控制下，從左端口順序循環(huán)存入同步雙端口 RAM。由于數(shù)據(jù)的存入是順序循環(huán)進(jìn)行的，電路可以連續(xù)采樣并存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)。被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在讀地址產(chǎn)生電路的控制下，從同步雙端口 RAM的右端口依次讀出數(shù)據(jù)，經(jīng)濾波后送給DAC恢復(fù)為模擬信號(hào)e (t)。寫(xiě)清零定時(shí)器按周期T給寫(xiě)地址產(chǎn)生電路送出清零脈沖，使雙端口 RAM左口的數(shù)據(jù)從O地址開(kāi)始寫(xiě)入。同時(shí)該清零脈沖通過(guò)可控延時(shí)電路進(jìn)行延時(shí)后，向讀地址產(chǎn)生電路提供清零脈沖，使雙端口 RAM的右口從O地址開(kāi)始順序讀出數(shù)據(jù)?？煽匮訒r(shí)電路控制兩個(gè)清零脈沖之間的時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔可以通過(guò)延時(shí)設(shè)置進(jìn)行修改。顯然，兩個(gè)清零脈沖之間的時(shí)間差就是輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間差，即模擬目標(biāo)回波的距離數(shù)值。
[0016]采用連續(xù)采樣、循環(huán)存儲(chǔ)技術(shù)后，可以適用于一般脈沖雷達(dá)、寬脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。
[0017]3、艦船等目標(biāo)響應(yīng)模型的獲取
[0018]產(chǎn)生高分辨雷達(dá)模擬目標(biāo)回波和假目標(biāo)干擾信號(hào)的關(guān)鍵是獲取目標(biāo)特征響應(yīng)h(t, Θ )，本發(fā)明采取基于MDA和MLSSM的快速計(jì)算方法分析復(fù)雜目標(biāo)電磁散射特性，在此基礎(chǔ)上，提取艦船目標(biāo)、角反射器干擾等的特征響應(yīng)函數(shù)。
[0019]根據(jù)艦船目標(biāo)的幾何參數(shù)，用Ansys建立目標(biāo)的幾何模型并進(jìn)行剖分，采用八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)剖分后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組，先用一個(gè)立方體將第一層包圍住，將該立方體等分為八個(gè)子立方體結(jié)點(diǎn)形成第一層組結(jié)點(diǎn)，然后再對(duì)每個(gè)子立方體依次進(jìn)行細(xì)分，直至最底層的立方體的尺寸達(dá)到所需精度要求。對(duì)剖分后的模型進(jìn)行Morton編碼，確定阻抗矩陣中需要滿秩填充和低秩填充的子塊，再利用矩陣分解算法對(duì)阻抗矩陣的遠(yuǎn)場(chǎng)作用子塊進(jìn)行填充，根據(jù)等效原理，遠(yuǎn)場(chǎng)作用子塊表示為以下形式:
[4J=[zmp].[ZJ-1.[ZJ ⑴
[0020]利用QR分解和奇異值分解對(duì)[Zmn]進(jìn)一步壓縮得到低秩表示矩陣，進(jìn)而得到阻抗矩陣改進(jìn)的MLSSM表示為:
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及到一種基于目標(biāo)特征響應(yīng)模型的高分辨雷達(dá)模擬回波信號(hào)產(chǎn)生方法，其特征在于，包括以下步驟:①將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)通過(guò)下變頻器轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，然后利用A /D轉(zhuǎn)換器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行采樣；②利用采樣信號(hào)循環(huán)存儲(chǔ)技術(shù)，在寫(xiě)清零定時(shí)器和可控延時(shí)電路的控制下，將A / D采樣信號(hào)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)；③通過(guò)試驗(yàn)手段或電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法，獲取艦船、角反射器等目標(biāo)的特征響應(yīng)模型；④采用數(shù)字卷積濾波器技術(shù)，將雷達(dá)發(fā)射信號(hào)采樣值與目標(biāo)特征響應(yīng)模型進(jìn)行卷積運(yùn)算，獲取攜帶目標(biāo)特征的雷達(dá)回波信號(hào)采樣序列將獲取的雷達(dá)回波信號(hào)采樣序列經(jīng)D / A轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)；⑥恢復(fù)后的基帶信號(hào)通過(guò)上變頻器轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率控制后作為模擬雷達(dá)回波信號(hào)輸出。由于上變頻器和下變頻器采用同一本振源，保證了輸出模擬回波信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的相位信息相同，只是在其上疊加了目標(biāo)特征信息，且在時(shí)間上有一個(gè)延遲，該延遲時(shí)間代表了模擬距離的數(shù)值。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK103760535SQ201410030572
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李尚生, 于晶, 陳佳林, 張軍, 付哲泉 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院