一种直升机引导雷达应答信号产生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于引导雷达功能检测设备，涉及一种直升机引导雷达应答信号产生器，包括定向喇叭天线、环形器、信号接收模块、信号识别与分选模块、高精度信号延时模块、应答编码信号产生模块和主控制器；信号接收模块，用于完成对直升机引导雷达信号的有效接收；信号识别与分选模块，用于精确提取波形产生模块所需的触发信号；高精度信号延时模块，用于改变直升机的模拟距离；应答编码信号产生模块，产生符合要求的应答编码信号；主控制器由可编程时序器件FPGA和单片机组成。本实用新型便携性好、人机界面友好、可操作性强、工作稳定可靠，满足导航兼直升机引导雷达引导功能检测需求，经济效益显著。
【专利说明】
一种直升机引导雷达应答信号产生器
技术领域
[0001]本实用新型专利属于一种引导雷达功能检测设备，特别涉及一种直升机引导雷达引导功能检测设备，可解决舰载直升机引导雷达无需直升机配合条件下的引导功能检测难题。【背景技术】
[0002]舰载直升机引导雷达在日常维护、故障修复和等级维修之后，必须对其引导功能进行检测，否则不能确定其引导功能的状态可靠性，给直升机飞行带来不安全隐患。
[0003]而现阶段，完成直升机引导雷达引导功能检测的手段存在诸多不足:如利用引导雷达随机自带的自检功能，只能对中频放大器及后续电路的引导通道故障进行检测，对高频部分电路无法信息检测，检测不全面、不系统;利用实装的机载应答器设备检测，实用性较差，设备价格昂贵、耗电量大、功率不可调、可靠性低;利用直接起飞直升机检测，费效比较低、协调难度大、风险性高。本实用新型宗旨是完全解决以上不足。【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供了一种直升机引导雷达应答信号产生器，综合运用定向天线、门限检测、脉宽鉴别、高精度延时和功率关联控制等技术，完全模拟了直升机机载应答信号产生装置的所有功能，实现了对直升机引导雷达的引导功能检测，满足了直升机引导雷达无需直升机配合条件下的状态确认、外场检测和修理需求，提高了维修保障效率，具有较高的军事经济效益。该设备便携性好、可操作性强、工作稳定可靠。
[0005]本实用新型的技术方案:
[0006]—种直升机引导雷达应答信号产生器，包括定向喇叭天线、环形器、信号接收模块、信号识别与分选模块、高精度信号延时模块、应答编码信号产生模块和主控制器，结构如图1所示。
[0007]信号接收模块，用于完成对直升机引导雷达信号的有效接收，包括定可变衰减器、 限幅器、微波放大单元和中频放大器。雷达信号被15dB定向喇叭天线(HD-100HA15+L16K)接收，经环形器(HD-100WCIC)、可变衰减器(HD-100WVA30)、限幅器(TL393)等信号预处理，送入由前置放大器和混频器组成的微波放大单元(NJT1946A)，对信号进行微波放大和下变频，变频后的中频信号在中频放大器(HDPA0910N3340P)进行主放大，输出信号送至信号识别与分选模块。
[0008]中频信号识别与分选模块，用于精确提取波形产生模块所需的触发信号，包括比较器、分析器和选通器。中频信号通过比较器(MAX903)与设置的接收门限值进行比较，超过门限值，则比较器有输出，输出信号经分析器和选通器，进一步利用脉宽鉴别、脉内特征分析等技术对接收信号精确提取，避免多径效应干扰和副瓣接收干扰导致应答错误触发问题。
[0009]高精度信号延时模块，用于改变直升机的模拟距离，使应答信号在引导雷达显示器上的显示远离地物杂波或者海浪杂波，便于清晰地被分辨和识别，同时还能够模拟对不同距离直升机的引导检测。信号识别与选通模块提取的应答触发信号在延时码的控制下， 通过延时模块(50MHz石英晶体振荡器)进行延时，延时后信号作为应答编码信号产生模块的触发信号。
[0010]应答编码信号产生模块，产生符合要求的应答编码信号，包括微波产生模块、微波放大模块。延时后信号触发波形产生模块，在波形码的控制下产生符合编码要求的状态码； 状态码分为两路，一路控制微波产生模块产生符合波形要求的发射信号，一路控制微波放大模块对发射信号的放大，同时微波放大模块对信号的放大量受功率码的控制。微波放大模块的输出送至环形器，经15dB定向喇叭口天线朝直升机引导雷达方向辐射，完成应答。 [0〇11] 主控制器，是整机的核心，由可编程时序器件FPGA(EP3C25E144C8N)和单片机 (C8051F005)组成。单片机控制FPGA的运行，而FPGA又控制着其他部分的时序操作。FPGA对设备面板按键信息(接收门限码、功率码、延时码、波形码)响应，控制人机交互，确定状态码，传递自检信号等。单片机控制设备的液晶显示器显示及FPGA的运行。[〇〇12]本实用新型的有益效果如下:
[0013](1)便携性好。小型化设计，整机重量不大于20kg;[〇〇14](2)架设简单。将设备放在距被检测雷达0.3?2km范围内的空旷、开阔、无遮挡地带，展开即可工作；
[0015](3)人机界面友好。设备面板的设计综合考虑了操作者的使用习惯、操作的简易性以及实际操作环境等因素，简洁、直观，灵活。
[0016](4)工作稳定可靠。设备采用固态微波产生与功率放大技术、先进的微处理器和单片机、以及随机自带的自检电路，充分保证设备的工作性能。
[0017](5)功能齐全。设备可检测引导雷达的引导功能、可配合快速检测引导雷达相的相关故障，具备测试引导雷达引导通道接收机的灵敏度。【附图说明】
[0018]图1是直升机引导雷达应答信号产生器设备组成图。
[0019]图2是主控制器及外围电路原理框图。
[0020]图3是应答信号产生器接收信号流程框图。[0021 ]图4是辐射信号识别与分选电路原理框图。[〇〇22]图5是应答编码信号产生的原理框图。【具体实施方式】
[0023]如图1所示的直升机引导雷达应答信号产生器设备组成图。
[0024]直升机引导雷达应答信号产生器具体工作流程如下:喇叭天线接收直升机引导雷达发射信号(载频9410MHz )，通过环形器后，进行适当的衰减，进入微波放大器进行初步放大，在混频器中进行混频，得到的中频信号在中频放大器中进行放大。信号处理模块根据一定的门限，对收到的信号进行比对，超过门限后判断为有信号，另外还根据雷达信号特征， 如重复频率、脉宽等进行辅助判断，防止多径效应干扰和副瓣接收干扰导致的应答错误触发问题。当接到有信号的判断后，主控制器对该信号进行适当的延时(该延时量可调)，加入编码信息，送到信号产生器，产生符合要求的射频脉冲(载频9310MHz)，再经过微波放大器进行放大，最后通过环形器送至喇叭馈源，向直升机引导雷达方向发射。
[0025]为了真实模拟信号产生器远离直升机引导雷达的效果，信号在到达喇叭馈源前， 加入了一级可变衰减器，通过改变可变衰减器，可以降低发射功率，模拟信号产生器远离被测雷达。
[0026]经过编码的应答信号，由直升机引导雷达的引导接收系统接收后，可清晰地显示在雷达显示器的屏幕上，模拟出直升机的方位、距离信息以及编码的信息，这样，可全过程对雷达的直升机引导系统进行测试，研判其工作效能。
[0027]本实用新型核心电路的设计与实现:
[0028]1、引导雷达信号接收的设计与实现[〇〇29]直升机引导雷达应答信号产生器接收信号原理框图如图3所示。两个关键点:一是天线架设。天线选择在与直升机引导雷达相距〇.3?2km的空旷、开阔、无遮挡地方架设，天线喇叭口对准直升机引导雷达天线，以保证设备顺利接收直升机引导雷达的信号，为后续信号处理奠定基础。二是采用微波衰减器和限幅器，实现直升机引导雷达应答信号产生器在架设地接收的雷达辐射信号能量与相应实际距离的机载应答器接收的雷达辐射信号能量大小一致，保证模拟效果的真实性。除此之外，考虑到被测雷达与直升机引导雷达应答信号产生器的布设距离比较近，在微波衰减器后设置了限幅器，主要是为了避免强信号造成接收机饱和，对后续的信号混频、中频放大处理等带来不利影响，对接收通道起到双重保护作用。[〇〇3〇] 2、信号识别与分选电路的设计与实现[〇〇31]雷达辐射信号识别与分选信号原理框图如图4所示。三个关键点:一是采用定向天线，并对准被测雷达天线，从源头抑制了绝大部分的干扰信号和近区杂波，降低后续信号识别与分选的数据量及难度。二是采用比较器，使中频放大后的接收信号与输入的接收门限 (按键触发，FPGA状态响应)比较，若信号幅度超过门限，则判为有信号，抑制了低于门限值的噪声和近区杂波，实现了对信号的初步识别。三是采用分析器，通过分析接收信号的到达方位、到达时间、信号频率、脉冲重复频率和脉冲宽度等参数，精细化分选信号，以免造成对信号产生模块的误触发。
[0032]3、高精度信号延时电路的设计与实现[〇〇33]高精度信号延时电路的原理框图如图4所示。该电路设置在选通模块和波形产生器之间，即选通后的输出信号，进入延时模块进行信号延时，输出信号作为波形产生器的触发信号。该延时模块中设置了振荡频率为50MHz的振荡器，延时精度为0.02ys，对应延时距离为6m。因此，若要检测直升机引导雷达对不同距离直升机的引导，可以以6m为间隔改变距离，直至调到大约200km。实际工程实现上，在满足雷达检测要求的基础上，为便于在显示器上观察应答信号，在主机前面板按键设置中仅存了 12个代表性的距离，分别是1、2、3、6、10、 15、20、30、40、50、70、100海里，以此模拟对不同距离直升机引导的功能检测。
[0034]由于高精度延时电路的设计，本实用新型还具备对直升机引导雷达引导通道接收灵敏度测试的功能。
[0035]4、应答编码信号产生的设计与实现
[0036]应答编码信号产生的原理框图如图5所示。图中包含了应答编码信号形成所需的两个模块:信号编码模块和信号产生模块。[0〇37](1)彳目号编码模块
[0038]机载应答编码信号的编码特点为首尾二个固定脉冲，A1 — A4是二进制信号，编码信号可以译为〇〇〇〇至1111的16种状态。A1低位，A4高位，编码信号在时间上与触发脉冲同步。
[0039]本实用新型的信号编码在波形产生模块形成，编码设置完全按照机载应答器的编码特点。P1脉冲的触发由选通器输出的选通脉冲控制，因为P1脉冲对后续提取直升机方位、 距离信息起着重要的作用;A1 — A4的编码脉冲由波形码控制，波形码是通过主机前面板的按键输入，FPGA状态响应而获得;P2脉冲作为应答编码结束脉冲标志。波形产生模块输出的编码信号，一方面被直接送入微波产生模块，参与应答发射波形的形成;另一方面作为微波放大模块的触发信号。[0〇4〇](2)信号产生模块[〇〇41]为完全模拟真实的机载应答器，并使产生的应答信号在频率、周期、脉宽、功率等方面都与机载应答器产生的信号一致，本实用新型采用以下技术措施。[〇〇42] 一是采用固态微波信号产生技术，保证应答信号形式的一致性。主要包括微波产生模块和微波放大模块。微波产生模块，主要由固态频率源、频率合成器、微波产生器和发射激励(上变频)等部分组成，利用固态频率源产生高频率稳定度的小功率信号，利用功率放大链对小功率信号进行放大，以满足应答要求的9310 ± 5MHz脉冲编码信号。微波放大模块对脉冲编码信号进行功率放大，完成应答编码信号发射所需的功率要求。[〇〇43]二是采用末端功率码控制，实现全距离引导功能检测。微波放大模块放大量为0-30dB(可调)，其具体值的大小，由功率码控制，功率码是通过主机前面板的按键输入功率信息，FPGA响应获得的。注意:此处的功率码是指发射功率衰减码，对应设备主要指标里的 “发射衰减档0_30dB(每档间隔2dB)”，该功率码经过按键输入、编码及FPGA响应，送至微波放大模块，对最后的发射微波功率进行控制。
【主权项】
1.一种直升机引导雷达应答信号产生器，包括定向喇叭天线、环形器、信号接收模块、 信号识别与分选模块、高精度信号延时模块、应答编码信号产生模块和主控制器；信号接收模块，用于完成对直升机引导雷达信号的有效接收，包括可变衰减器、限幅 器、微波放大单元和中频放大器;雷达信号被定向喇叭天线接收，经环形器、可变衰减器、限 幅器，送入由前置放大器和混频器组成的微波放大单元，对信号进行微波放大和下变频，变 频后的中频信号在中频放大器进行主放大，输出信号送至信号识别与分选模块；信号识别与分选模块，用于精确提取波形产生模块所需的触发信号，包括比较器、分析 器和选通器；中频信号通过比较器与设置的接收门限值进行比较，超过门限值，则比较器有 输出，输出信号经分析器和选通器对接收信号精确提取；高精度信号延时模块，用于改变直升机的模拟距离，使应答信号在引导雷达显示器上 的显示远离地物杂波或者海浪杂波，便于清晰地被分辨和识别，同时还能够模拟对不同距 离直升机的引导检测；信号识别与分选模块提取的应答触发信号在延时码的控制下，通过 延时模块进行延时，延时后信号作为应答编码信号产生模块的触发信号；应答编码信号产生模块，产生符合要求的应答编码信号，包括微波产生模块、微波放大 模块;延时后信号触发波形产生模块，在波形码的控制下产生符合编码要求的状态码;状态 码分为两路，一路控制微波产生模块产生符合波形要求的发射信号，一路控制微波放大模 块对发射信号的放大，同时微波放大模块对信号的放大量受功率码的控制;微波放大模块 的输出送至环形器，经15dB定向喇叭口天线朝直升机引导雷达方向辐射，完成应答；主控制器，是直升机引导雷达应答信号产生器的核心，由可编程时序器件FPGA和单片 机组成;单片机控制FPGA的运行，而FPGA又控制着其他部分的时序操作;FPGA对设备面板按 键信息响应，控制人机交互，确定状态码，传递自检信号；单片机控制设备的液晶显示器显 示及FPGA的运行。
【文档编号】G01S7/40GK205620545SQ201620325155
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】杨辉, 汪铭东, 程占昕, 兰慧, 邢忠臣
【申请人】中国人民解放军海军大连舰艇学院