专利名称：高精度模拟动态目标信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种在测控领域中，进行动态目标信号模拟时，对中频信号进行处理的方法。
背景技术：
现有技术对距离、速度、加速度等目标信号进行的模拟，是通过模拟回波信号的时 延和幅度变化来实现。一般连续波测控信号的测距是用测相来实现的，目标运动时距离发 生变化，接收回波的相位也会发生变化，相关地产生回波多普勒频移ω d，对应的收发信号 间的相位差为炉= Z，随时间而连续变化，亦即距离随时间发生变化。同时，速度及加速度 的模拟也通过多普勒频移及其变化率得以实现。但现有的模拟源一般是在发端产生静态 模拟信号，即使用传统的延时线，也没有时延无限长同时调节步进又无限小的延迟线，来进 行距离极大精度极高的动态模拟，只能实现静态模拟或准动态模拟；无法灵活地只分别对 上行、下行进行模拟；没有改变初始距离的措施，也无法根据要求方便地调节初始模拟距 离，更无法模拟超远距离情况下，基带的距捕过程；现有静态或准动态模拟源都没有考虑角 度偏离目标时，和路、差路信号的相互关系，也就没有设计相应的硬件去支持调节对应的参 数，所以根本无法进行角度模拟。总之，现有的静态模拟源或准动态模拟源都达不到动态模 拟的效果。而测控系统无论在研制或使用过程中，都需要有一个高度逼真的动态信号来进 行联试和检验设备的状态；使用方也希望有一个动态的目标环境来进行日常训练和维护； 特别是目标距离可能很近或很远的极限情况下，系统是否正常，尤其是在超远距离下，基带 的距离捕获过程是否正常，都需要在平时的试验中得到验证，才能确保执行正式任务时做 到一次成功。现有静态或准动态模拟源无法实现上述功能，给研制和使用方都带来诸多不 便。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的的问题，提出一种简单可靠、耗费硬件 资源小，能够进行远距离、高精度动态模拟目标中频信号的处理方法。本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，本发明提供的一种高精度动态模拟 目标中频信号的处理方法，其特征在于包括如下步骤(1)模拟器接收测控系统发出的无线电测控信号，经下变频后得到中频信号，在载 波解调模块对收中频信号进行载波解调得到测距音，测距音存储在存储器组中，选择控制 存储器组的读写地址控制时延，存储器组作为模拟器模拟距离时延的延迟线；(2)在读数据钟上加上速度及加速度数据对应的多普勒频率及其变化率，异步读
写数据，距离变化和速度的关系严格遵守运动方程<formula>formula see original document page 4</formula>，根据最大模拟距离和最
高模拟精度，选取双口 RAM的存储容量和读写数据的时钟，实现不同远近及不同精度的动 态模拟；
(3)把极远距离分为粗细距离进行组合模拟，每级存储器组用不同的读写时钟，或 者根据距离远近分档模拟，只用一组存储器，不同距离分档使用不同的读写时钟；(4)监控处理计算机根据轨道参数及天线方向图计算出和差幅度，推算出衰减器 的衰减量，分别控制和路、差路方位、差路俯仰衰减器输出信号的幅度，模拟目标远近及与 天线的对准情况，实现角度模拟。本发明相比于现有技术具有如下有益效果本发明针对上述现有技术存在的的问题，提出一种简单可靠、耗费硬件资源小，能 够进行远距离、高精度模拟动态目标中频信号的处理方法，包括如下步骤(1)对接收中频信号进行载波解调得到测距音，用双口 RAM作为距离延时的存储 器，根据模拟初始距离控制读数据的起始地址，在读数据钟上加上对应的多普勒频率，采用 异步读写数据，使得读出的数据既得到了延时又带上了多普勒频率，巧妙地既模拟了距离 时延又模拟了速度多普勒，只要适当选取双口 RAM的存储容量和读写数据的时钟，就可进 行不同远近及不同精度的动态模拟。(2)根据运动物体的距离变化和速度的关系严格遵守运动方程<formula>formula see original document page 5</formula>应用接收到的无线电测控信号，根据运动方程来进行模拟，而不是自己重新产生一个与原 发射信号独立的信号来进行模拟，既保证了不改动原有设备又保证距离和速度严格相关， 真正实现了距离和速度严格相关的动态模拟。(3)利用有限的存储空间把极远距离分为粗细距离进行组合模拟，或者根据距离 远近进行分档模拟，既保证了模拟距离的远近又保证了模拟的精度，不耗费过多的硬件资 源就能进行极远距离的动态模拟。(4)利用和路、差路方位、差路俯仰衰减器，根据轨道参数及天线方向图计算出和 差幅度控制衰减器的衰减量，分别控制和路、差路输出信号幅度，实现角度模拟。(5)可以单独模拟上行、下行，也可以上下行双向同时模拟，应用方便灵活。本发明集联试应答机、静态模拟器、动态模拟器的功能于一体，把联试应答机、静 态模拟器设计成动态模拟器的一种特殊状态(即R = Rtl, ν = v0)，只要通过监控计算机控 制参数，动态模拟器既可以实现模拟器的功能又可以实现联试应答机功能。本发明的模拟 器可以单独模拟上行、下行，也可以上下行同时模拟；可以与新研设备一起配套，也可以在 不动现有设备的情况下，与老设备配合使用，应用方便灵活。
下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。图1是本发明应用双口 RAM实现数据存储和延时控制的电路原理图。图2是本发明粗细时延组合模拟实现高精度远距离模拟的原理图。图3是本发明根据距离远近进行分档模拟实现高精度远距离模拟的原理图。图4是天线的方向图。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，高精度动态目标信号模拟器接收测控系统发出的无线电测控信号，在中频上进行载波解调得到测距音，测距音存储 在由多片双口 RAM组成的存储器组中。因为存储器组读写数据之间存在时延，而且时延可 以根据不同的地址选择进行控制，利用存储器组读写数据之间存在时延，把双口 RAM组成 的存储器组作为模拟器模拟距离时延的延迟线。根据最大模拟距离和最高模拟精度，选取 存储器组的存储容量和读写时钟。由轨道参数中的距离数据推算出时延大小和输出幅度，选择控制延时寄存器的读 地址及和路信号幅度衰减器的衰减量，进行目标距离模拟；根据速度及加速度计算出多普 勒频率及其变化率，选取双口 RAM的读写数据时钟，在读数据时钟上加上对应的多普勒频 率，模拟目标的速度及加速度；根据目标距离天线的远近及与天线对准情况，结合天线方向 图，计算出和差信号的幅度和衰减器的衰减量，分别控制和路差路衰减器，从而控制和差路 输出信号幅度，进行角度模拟。在图1所示实施例中，用一种cyd36s36vl8_8的Dual-Port SRAM存储器作为数据 延迟线，假设解调后的侧音数据时钟为fw。lk，在fw。lk的每个上升沿数据被写入到地址寄存器 WA所指的双口 RAM，然后WA的值加1 ；同时地址寄存器RA所指的RAM单元的数据以带上相 应多普勒频率的时钟f,。lk读出，然后RA的值也加1。由于RA总是比WA落后D(模N的意 义下)，这样读出的数据总是比写入的数据延迟D个时钟周期。根据初始距离的远近控制读 出数据的地址，即通过改变寄存器D的值，就可以改变读出/写入时延大小。当WA或RA的 值等于N-I时，下一个周期该值重新置为0，这样RAM的单元可循环使用。
在实现超远距离和超高精度模拟时，高精度动态目标信号模拟器接收测控系统发 出的无线电测控信号，经下变频后的中频信号通过A/D转换器输入载波解调器PD，把载波 解调后的测距音存储在作为距离时延的双口 RAM时延存储器组中。在进行动态模拟时，可 以把极远距离分成粗细距离进行组合模拟，来实现远距离高精度模拟，如图2所示。也可以 根据距离远近和精度要求分档模拟，来实现远距离高精度模拟，如图3所示。在图2所示实施例中，中频信号经模数转换(A/D)后进行载波解调(PD)得到测距 音，将测距音输入到两级串联的双口 RAM存储器组Ml、M2中进行存储，用带多普勒的钟读 出，再与数字中频载波产生器(NCO)产生的带多普勒的中频载波进行调制(PD)，得到已调 数字中频信号，已调数字中频信号经数模转换D/A，得到模拟的已调中频信号输出。根据粗细距离组合模拟，粗延时控制D1，精延时控制D2。以双口 RAM存储器 cyd36s36vl8_8作数据延迟线，考虑到1块cyd36s36vl8_8的存储容量lMX36bit，不足以 存储较大初始距离、较高精度的数据时延，可以把一组装有8片lMX36bit的存储器组Ml， 组合成32MX9bit的存储器用作粗延时，保障模拟距离远近；把另一组装有3片lMX36bit 存储器组M2，组合成12MX9bit的存储器，用作精延，保障模拟距离精度。两组存储器都采 用异步读写数据，粗延时选用较低的读写时钟frclkl和fw。lkl，精延时的选用较高的读写时钟 frclk2和fw。lk2，分别在两组读数据钟上加上对应的多普勒频率，把两组存储器串起来进行粗 细延时组合，以实现较高的模拟精度和较远的模拟距离。只要根据不同的模拟距离适当的设计两级存储器的读写时钟，保证在一定时间内 两级存储器中的任意一级都不被读空或者溢出，就可以实现高精度和远距离模拟的兼顾。 假设发载波频率为ft，侧音频率为fm，两级读写数据钟频率分别为f。lkl和f。lk2，则根据轨道 数据的速度参数可以计算出射频上的多普勒频率为ftd，由ft/fm =。/^可以计算出侧音上的多普勒频率为fmd。如果在两级存储器中进行延时并分别加多普勒fmdl、fmd2，那么fmd =fmdl+fmd2，根据fm/f。lkl = fmld/f;ld可以计算出第一级读数据钟上应带多普勒频率frid，第 一级存储器组 Ml 的写时钟 fw。lkl = fclkl，读时钟 frclkl = fclkl+frld。根据(fm+fmld)/felk2 = fm2d/f;2d可以计算出第二级读数据钟上应带多普勒频率为f;2d，第二级存储器组M2的写时钟 fwclk2 = f。lk2，读时钟fr。lk2 = f。lk2+fr2d。经过两级存储器读写后，侧音上带的多普勒频率等效 于只用一级存储器时该带的多普勒频率。本发明可编程门阵列芯片FPGA外挂双口 RAM为 cyd36s36vl8_8，读写速率可达IOOMHz以上，能够满足精度要求。在图3所示实施例中，中频信号经A/D模数转换后进行PD载波解调 得到测距音， 将测距音输入到两级串联的双口 RAM存储器组Ml、M2中进行存储，用带多普勒的钟读出， 再与数字中频载波产生器NCO产生的带多普勒的中频载波进行调制，得到已调数字中频信 号，已调数字中频信号经D/A数模转换，得到模拟的已调中频信号输出。根据距离远近分档模拟，把多片(本高精度动态目标信号模拟器中Ml 8片，M2 3 片，共11片)双口 RAM存储器cyd36S36vl8_8组合成一组存储器作数据延迟线，存储器组 采用异步读写数据，读数据钟上加上对应的多普勒频率。根据距离远近分档选择读写数据 钟频率，距离较近时，用较快的时钟f;。lkh和fw。lkh读写存储器组，数据点更密一些，存储时间 相对短一点，这样同样大小的存储容量，得到的控制精度就更高一些。距离较远时，用稍慢 的时钟f lkl和fw。lkl读写存储器组，数据点稀疏一些，存储时间相对长一点，同样大小的存 储容量，得到的控制精度稍低一些，但模拟的距离范围更宽。在存储器组存储容量一定的情 况下，只要根据模拟距离的远近和精度的要求，分档设置存储器组的读写时钟，能够实现较 远的模拟距离和较高的模拟精度二者的兼顾。在图4所示实施例中，监控处理计算机根据轨道参数及天线方向图计算出和路、 差路信号幅度，推算出对应衰减器的衰减量，形成角度模拟的和差信号，实现角度模拟。高精度动态目标信号模拟器可以分别模拟上行、下行、上下行双向的情况。只模拟 上行时，模拟器信道收上行频率，发上行频率，信号处理分机中频及侧音多普勒都按上行单 向计算；只模拟下行时，模拟器信道收下行频率，发下行频率，信号处理分机中频及侧音多 普勒都按下行单向计算；模拟上下行双向时，模拟器信道收上行频率，发下行频率，信号处 理分机中频及侧音多普勒都按上下行双向计算。综上所述。本发明是根据运动物体的距离变化和速度的关系严格遵守运动方程 t
i =八+JVoa来进行模拟，把接收到的无线电测控信号，进行距离延时和速度多普勒模
to
拟，形成一个动态目标信号，其相位炉随距离时延变化，多普勒频移Od随速度和加速度变 化，幅度随距离远近及天线与目标的对准情况而变化。根据轨道参数及天线方向图计算出 和路、差路的信号幅度，从而推算出对应衰减器的衰减量，形成角度模拟的和差信号。模拟 的目标信号与真实目标距离、速度、加速度及角度变化时引起的相位、多普勒频移、频移变 化、角度变化是等效的。本发明利用有限的存储空间把极远距离分为粗细距离进行组合模 拟，或者根据距离远近进行分档模拟，既保证了模拟距离的远近又保证了模拟的精度，不耗 费过多的硬件资源就能实现极远距离的高精度动态模拟。
权利要求
一种高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于包括如下步骤(1)模拟器接收测控系统发出的无线电测控信号，经下变频后得到中频信号，在载波解调模块对收中频信号进行载波解调得到测距音，测距音存储在存储器组中，选择控制存储器组的读写地址控制时延，存储器组作为模拟器模拟距离时延的延迟线；(2)在读数据钟上加上速度及加速度数据对应的多普勒频率及其变化率，异步读写数据，距离变化和速度的关系严格遵守运动方程其中R为t时刻的瞬时距离，R0为起始时刻t0时的距离(起始模拟距离)，v(t)为t时刻的瞬时速度，根据最大模拟距离和最高模拟精度，选取双口RAM的存储容量和读写数据的时钟，实现不同远近及不同精度的动态模拟；(3)把极远距离分为粗细距离进行组合模拟，每级存储器组用不同的读写时钟，或者根据距离远近分档模拟，只用一组存储器，不同距离分档使用不同的读写时钟；(4)监控处理计算机根据轨道参数及天线方向图计算出和差输出信号幅度，推算出衰减器的衰减量，分别控制和路、差路方位、差路俯仰衰减器输出信号的幅度，模拟目标远近及与天线的对准情况，实现角度模拟。FSA00000057739100011.tif
2.按权利要求1所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，在fw。lk的每个 上升沿数据被写入到地址寄存器(WA)所指的双口 RAM，然后WA的值加1 ；同时根据初始距 离的远近选择不同的读地址寄存器，读地址寄存器(RA)所指的RAM单元的数据以带上相应 多普勒频率的时钟frclk读出，然后RA的值也加1，当WA或RA的值等于N-I时，下一个周期 该值重新置为0，循环使用RAM。
3.按权利要求1所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，把两组存储器 组(M1、M2)串起来进行粗细延时组合，两级分别采用不同的读写时钟，存储器组(Ml)的读 写时钟f;。m和fw。m较低，保证模拟距离的远近，存储器组M2的读写时钟f;。lk2和fw。lk2较 高，保证模拟的精度，两级一起实现较高的模拟精度和较远的模拟距离。
4.按权利要求1所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，以双口RAM存 储器作数据延迟线，把8片lMX36bit存储器，组合成32MX9bit的存储器组作粗延时，采 用异步读写数据，用fw。lkl作为数据写入时钟，用带多普勒频率的时钟fMlkl作为数据读出时 钟。
5.按权利要求4所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，把3片 lMX36bit存储器，组合成12MX9bit的存储器组作精延时，采用异步读写数据，用fw。lk2作 为数据写入时钟，用带多普勒频率的时钟f lk2作为数据读出时钟。
6.按权利要求4或5所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，如果在两级 存储器中进行延时并分别加多普勒fmdl、fmd2，那么fmd = fmdl+fmd2，第一级存储器组的写时钟 fwclkl = f。lkl，读时钟4 m = felkl+frld ；第二级存储器组的写时钟fw。lk2 = f。lk2，读时钟411 2 = f。lk2+f;2d，经过两级存储器读写后，侧音上带的多普勒频率等效于只用一级存储器时该带 的多普勒频率。
7.按权利要求1或2所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，把两级存储 器组(M1、M2)组合成一级较大的存储器组，根据距离的远近和模拟的精度分档选取不同的 读写时钟，在同一档中存储器组用同一组时钟frclk和fw。lk进行异步读写数据。
8.按权利要求1或2及7所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，根据距 离的远近和模拟的精度分档，距离较近时，用较快的时钟frclkh和fw。lkh读写存储器组，距离 较远时，用稍慢的时钟f;。lkl和fw。lkl读写存储器组。
9.按权利要求1所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，监控处理计算 机根据轨道参数及天线方向图计算出和差幅度，推算出衰减器的衰减量，分别控制和路、差 路方位、差路俯仰衰减器输出信号的幅度，模拟目标远近及与天线的对准情况，实现角度模 拟。
10.按权利要求1所述的高精度模拟动态目标信号的方法，其特征在于，分别模拟上 行、下行、上下行双向的情况，在只模拟上行时，模拟器信道收上行频率，发上行频率，模拟 器中频及侧音多普勒频率都按上行单向计算；只模拟下行时，模拟器信道收下行频率，发下 行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按下行单向计算；模拟上下行双向时，模拟器信道 收上行频率，发下行频率，模拟器中频及侧音多普勒频率都按上下行双向计算。
全文摘要
本发明提出一种高精度模拟动态目标信号的方法，旨在提供一种耗费硬件资源小，能够进行远距离、高精度动态模拟的处理方法。本发明将收到的中频信号进行载波解调后得到的测距音，存储在作为距离时延的存储器组中，在读数据钟上加上轨道参数中速度对应的多普勒频率，进行异步读写数据，利用双口RAM作为距离时延存储器，以有限的存储空间把极远距离分为粗细距离进行组合模拟，或者根据距离远近及精度要求分档模拟；利用和路、差路方位、差路俯仰衰减器，根据轨道参数中的角度数据及天线方向图计算出和差信号幅度，推算出衰减器的衰减量，分别控制和路、差路输出信号幅度进行角度模拟，实现不同远近及不同精度的动态模拟。
文档编号G01S7/40GK101825699SQ20101012406
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者兰宏志, 史为民, 李珂, 雷鸣 申请人:中国电子科技集团公司第十研究所