一种雷达信号模拟器及模拟雷达信号的方法与流程

本发明涉及雷达测试领域，特别涉及一种用于低空探测雷达的雷达信号模拟器及模拟雷达信号的方法。

背景技术：

雷达是一种用于检测和定位目标的电磁系统，在人民生活中广泛应用，特别是在军事领域。雷达通过自身发射射频能量辐射到空间，当遇到物体时由目标物体反射回波信号来进行探测工作。返回到雷达的反射能量不仅表明了在某一方位上存在目标，而且还能通过比较回波信号与发射信号的差值来确定目标物体的具体信息，比如方位、速度等。

雷达的基本工作原理是，发射机发射脉冲或者连续波的电磁信号，由天线发射到空间中。当发射的电磁信号遇到目标物体时，会被目标物体拦截，并且向多个方向上扩散，也就是再辐射。向后方辐射的雷达电磁信号会被发射雷达的天线采集和接收，然后交由接收机。由接收机处理后，确定目标物体的具体方位。通过测量雷达最初发射的信号到达目标物体后并经目标物体反射回来的时间，计算出目标物体的距离。目标的角度可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽带雷达天线所指向的方向而获得。以上是静止目标的定位方法。对于运动的目标，由于多普勒效应回波信号的频率会漂移，该频率漂移与目标相对于雷达的速度成正比。多普勒频移广泛应用与雷达中，作为将所要的运动目标从自然环境，如陆地、海洋或者雨反射回来的“杂波”回波中分离出来的基础。

雷达目标模拟器就是用来模拟产生真实的雷达回波信号，包括目标、杂波与噪声。由于雷达实际面临的目标和杂波环境非常复杂，要完全真是模拟雷达检测的目标和其所处的环境是非常困难的。因为，在雷达研发和测试过程中，需要具有多种模拟功能和高性能的雷达模拟器。目前，在雷达的研发过程中，存在多种雷达信号模拟器。下面以射频信号模拟器来介绍现有技术。

如图1所示，是现有技术中射频信号模雷达模拟器的示意图。

图中所示雷达射频信号模拟器的方法是通过主机控制射频单元产生所需要模拟的各种视频参数，然后将视频信号注入到射频发射端，再对射频信号进行一定的时延，从而完成射频注入式雷达信号的模拟。

现有技术中，对雷达信号模拟无法做到一次测试中自动化进行多种不同信号和距离的模拟，需要操作人员一直关注模拟测试过程；且由于模拟过程比较耗时，在模拟测试前缺少功能检测，往往当模拟失败时才发现系统还没有达到可以模拟的状态，模拟测试就需要重来。最后，模拟测试完成后，也没有自动分析测试结果；更做不到分析被测雷达数据和自身接收到的数据。

因此，有必要对现有的雷达信号模拟器以及模拟雷达信号的方法进行改进。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种雷达信号模拟器，通过以下技术方案实现：

一种雷达信号模拟器，用以模拟雷达信号以便测试雷达系统，包括：主控计算机、回波信号模拟器、延时器、d/a变换器、正交调制器、功率放大器、信号检测仪、通道切换器、射频发射天线、射频接收天线、信号衰减器、正交解调器、a/d采样器、信号分析仪和分析计算机。

主控计算机用于控制系统中的分析计算机及回波信号模拟器、延时器、信号衰减器、功率放大器、信号检测仪和通道切换器；同时，主控计算机还要连接被测雷达读取雷达数据。

回波信号模拟器用于产生雷达信号，用来模拟被测目标物体极其所处环境。

延时器用于回波信号模拟器产生信号后延时一段时间再发射出去，由主控计算机控制，用来被测目标的距离。

d/a变换器连接回波信号模拟器，把模拟信号转换为数字信号。

正交调制器用于调制信号便于射频发射。

功率放大器与主控计算机连接，由主控计算机控制功率放大系数。

信号检测仪与主控计算机和功率放大器连接，由主控计算机控制检测模拟的信号是否符合要求。

通道切换器负责切换雷达模拟器与被测雷达以及雷达信号模拟器的射频接收天线之间的连接方式，可以切换为射频线直接连接，也可以切换为通过空口的连接来对对真实环境模拟。

射频发射天线用于发射经过调制的射频信号。

射频接收天线用来接收该雷达模拟器发射出去的射频信号。

信号衰减器与主控计算机连接，用来控制接收到的信号衰减程度；同时与射频接收天线连接。

正交解调器用来把接收到的原始射频信号解调。

a/d采样器，把经过解调的正交信号采样成数字信号。

信号分析仪用来分析接收到的雷达信号，然后由分析计算机生成分析数据。

分析计算机与信号分析仪连接，用来分析信号分析仪的数据，并把分析结果反馈给主控计算机。

本发明中主控计算机采用射频线与回波信号模拟器连接；主控计算机与其他设备的连接均采用802.11无线网络；分析计算机同样采用射频线直接与信号分析仪连接。

雷达信号模拟测试过程中，由主控计算机控制回波信号模拟器生成模拟信号，同时主控计算机控制延时器延时发送回波模拟信号来模拟被测目标距离的远近。将模拟信号通过d/a变换并正交调制后，通过射频发射天线发射；由主控计算机控制的功率放大器根据模拟测试要求放大功率，信号检测仪检测认为满足要求时，通过射频线或者空口传输给被测雷达。同时，该雷达信号模拟器通过射频接收天线接收发射出去的模拟信号，同时主控计算机控制信号衰减器控制信号衰减来模拟多种目标。接收到的信号经调制后交由信号分析仪分析，然后分析计算机生成分析数据，由主控计算机生成分析报告。

由于采用无线网络，计算机可以放在实验室外，或者由测试人员的个人计算机通过运行多任务的方式同时承担测试分析任务，不需要购买单独的计算机，同时也不需要测试人员来回进出实验室。

在发射端，主控计算机可以控制延时器来模拟距离远近，控制功率放大器模拟信号强弱；在接收端，主控计算机控制信号衰减器的衰减系数来模拟信号的强弱。通过自动化参数调整，该雷达信号模拟器可以完成多种类型的被测目标的信号模拟。由主控计算机控制对回波信号模拟器、延时器、功率放大器和信号衰减器参数的调整来组成一系列的信号模拟组合，并在一套测试中自动化调整组合，完成模拟测试。

同时，本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种模拟雷达信号的方法，本发明通过以下技术方案实现：

包括系统初始化模块、雷达信号模拟测试模块、结果处理模块。其中，雷达信号模拟测试模块包括功能检测模块和测试与分析模块。

系统初始化模块负责初始化该雷达信号模拟器中的关键硬件设备，包括主控计算机和分析计算机、回波信号模拟器，功率放大器、调制解调器、延时器、通道切换器、信号检测仪、信号分析仪等。

完成初始化后，该发明中主控计算机控制通道切换器采用射频线连接被测雷达，进行功能检测流程，由于雷达信号模拟测试比较耗时，需要在通过功能检测后再进行正式测试。

通过功能检测后，主控计算机控制通道切换器采用空口（空中环境接口）开始测试；按照测试序列控制回波信号模拟器、延时器、功率放大器和信号衰减器的系数来模拟多种被测目标的雷达信号；同时控制被测雷达采用与信号衰减器一致的衰减系数；完成后，分析计算机分析数据后交由主控计算机，与雷达得到的分析数据对比，主控计算机生成测试报告。

在结果处理模块中，由于整套雷达信号模拟测试比较耗时，测试过程中不需要人员值守，测试完成后，通过邮件系统告知测试人员；然后关闭硬件设备。

上述流程都是自动化完成，且由主控计算机按次序调整硬件设备系数，分析计算机分析测试结果后，由主控计算机与雷达数据对比，最后生成测试报告。

附图说明

图1所示的是现有技术下的雷达信号模拟器的示意图；

图2所示的是本发明实施方式中的系统框图；

图3所示的是本发明实施方式中的功能模块逻辑图；

图4所示的是本发明实施方式中的系统初始化模块的流程图；

图5所示的是本发明实施方式中的功能检测模块的流程图；

图6所示的是本发明实施方式中的测试与分析模块的流程图；

图7所示的是本发明实施方式中的结果处理模块的流程图。

图中：主控计算机（1）、回波信号模拟器（2）、延时器（3）、d/a变换器（4）、正交调制器（5）、功率放大器（6）、信号检测仪（7）、通道切换器（8）、射频发射天线（9）、射频接收天线（10）、信号衰减器（11）、正交解调器（12）、a/d采样器（13）、信号分析仪（14）和分析计算机（15）。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图2所示，一种雷达信号模拟器，用以模拟雷达信号以便测试雷达系统，包括：主控计算机1、回波信号模拟器2、延时器3、d/a变换器4、正交调制器5、功率放大器6、信号检测仪7、通道切换器8、射频发射天线9、射频接收天线1）、信号衰减器11、正交解调器12、a/d采样器13、信号分析仪14，在该发明中，还包括分析计算机15。

主控计算机1用于控制分析计算机15及回波信号模拟器2、延时器3、功率放大器6、信号检测仪7、通道切换器8和信号衰减器11；同时，主控计算机1还要连接被测雷达读取雷达自身接收到的数据。主控计算机1通过射频线直接与被测雷达连接，通过射频线读取射频信号；同时，主控计算机1通过网络与回波信号模拟器2、延时器3、功率放大器6、信号检测仪7、通道切换器8、信号衰减器11以及分析计算机15连接。在本发明实施例中，采用802.11无线网络。具体实施方式可以为：主控计算机通过网线或者无线网卡连接无线路由器（图中未标出），其他设备采用有线或者无线网卡连接至该无线路由器上，在该实施例中，为了方便布线，均采用无线网卡通过802.11ac无线协议连接至无线路由器。

回波信号模拟器2用于产生模拟雷达信号，用来模拟被测目标物体。在该实施例中，采用矢量信号源产生雷达信号。回波信号模拟器2通过无线网络与主控计算机1连接，接收主控计算机1的控制指令产生不同频率的雷达信号。

延时器3用于回波信号模拟器2产生信号后延时一段时间再发射出去，由主控计算机1控制延时系数，通过信号到达被测雷达的时间长短来模拟测定被测目标的距离。

d/a变换器4通过射频线连接回波信号模拟器2，把产生的模拟信号转换为数字信号。

正交调制器5对回波信号模拟器2产生的信号进行处理加到载波上，使其变为适合信道传输的形式。d/a变换器4通过射频线与正交调制器5连接。

功率放大器6与主控计算机1通过网络连接，由主控计算机1控制功率放大系数；同时通过射频线与正交调制器5连接，接收经过正交调制的信号后放大。

信号检测仪7与主控计算机1通过网络连接，由主控计算机1控制检测模拟的信号是否符合要求；与功率放大器6通过射频线连接。当判断发现产生的信号不符合规定的范围时，不再把信号继续发射，避免不符合要求的信号发射出去影响对测试结果的判定。

通道切换器8由主控计算机1控制负责切换该雷达信号模拟器与被测雷达以及射频接收天线10之间的连接方式，可以切换为射频线直接连接，也可以切换为通过空口的连接来对真实环境模拟。通道切换器8与主控计算机1通过网络连接。当选择通过射频线直接连接被测雷达时，同时也通过射频线直接连接射频接收天线10；当选择通过空口传输信号时，不需要通过射频线连接被测雷达和射频接收天线10，直接通过空口传输。

射频发射天线9用于发射经过调制、功率放大的射频信号到空口。如果通道切换器8选择通过射频线传输信号，则不需要启动射频发射天线9。射频发射天线9采用单边带射频天线。射频发射天线9通过射频线与通道切换器8连接。

射频接收天线10通过空口或者射频线接收模拟雷达信号。接收到的数据为原始信号。射频接收天线10采用宽频射频接收天线。

信号衰减器11与主控计算机1通过网络连接，用来控制接收到的信号衰减程度；同时通过射频线与射频接收天线10连接。在模拟测试中，操作人员会把衰减系数列表保存在主控计算机1中，主控计算机控制被测雷达采用不同的衰减系数，同时主控计算机1把该信号衰减系统设置给信号衰减器11，让信号衰减器11与被测雷达保持一致的衰减系数。

正交解调器12通过射频线与信号衰减器11连接，用来把接收到的且经过衰减的原始射频信号解调。

a/d采样器13通过射频线与正交解调器12连接，把经过解调的正交信号采样成数字信号。

信号分析仪14通过射频线与a/d采样器13直接连接，用来分析接收到的雷达信号。

分析计算机15与信号分析仪14通过网络连接，用来接收信号分析仪14的分析结果；同时，通过网络与主控计算机1连接，并把分析结果反馈给主控计算机1。

为了尽量减少系统外的其他设备对测试系统局域网的影响，比如微波炉，无线键盘鼠标、家用无线网络等，同时也为了尽量减少网络延迟对测试中收发控制命令的影响，所以该发明中的无线网络采用802.11ac协议，工作在5g频段，传输速率在10g左右。

一种模拟雷达信号的方法，包括以下逻辑模块：

系统初始化模块301、雷达信号模拟测试模块302、结果处理模块305。其中，雷达信号模拟测试模块302包括功能检测模块303和测试与分析模块304。

一种模拟雷达信号的方法，包括以下步骤：

开始测试时先进行系统初始化，包括初始化计算机和硬件设备。

在完成系统初始化后，由主控计算机控制对系统功能进行检测，由于一系列的雷达信号模拟测试比较耗时，需要在模拟测试前确保雷达信号模拟器和雷达可以正常工作。

功能检测通过后，由主控计算机控制雷达和其他仪器以及分析计算机进行自动化测试。

上述流程，都是由主控计算机根据预先设置的参数自动化完成。当模拟测试完成后，主控计算机分别取得分析计算机和被测雷达的数据后分析测试结果，并生成测试报告，最后启动邮件系统通知测试人员。

为详细描述本系统，下面将按照逻辑模块进行详细介绍。

系统启动后，首先进入系统初始化模块301对各种设备做必要的初始化。在该模块中，先启动主控计算机，打开控制软件，然后依次初始化各硬件设备和仪表，具体步骤如下:

步骤401，开始进行系统初始化。雷达信号模拟器需要很多硬件设备和软件，需要全部完成初始化才能开始进行雷达信号的模拟测试。

步骤402，初始化主控计算机。包括启动主控计算机，并打开该计算机上的雷达模拟测试软件，检测系统的网络是否正常。

步骤403，初始化回波信号模拟器。回波信号模拟器作为产生雷达信号的模拟装置，如果初始化失败，需要重新初始化，所以放在靠前的位置对其进行初始化。

步骤404，初始化调制解调器。发射雷达模拟信号前必须调制信号，需要初始化正交调制器；接收到雷达信号时必须解调信号；需要初始化正交解调器。

步骤405，初始化射频收发模块。射频收发模块包括射频发射天线和射频接收天线，用来发射模拟的雷达信号以及接收来自空口的雷达信号。

步骤406，初始化功率放大器，使其可以根据主控计算机的控制放大模拟信号的功率来模拟实际情况下的各种信号。功率放大器的放大系数由主控计算机控制。模拟测试前，操作人员在主控计算机中存储了测试中依次放大功率的系数序列。

步骤407，初始化信号衰减器。信号衰减器用来把接收到的信号按照衰减系统衰减来模拟接收到信号的强弱。信号衰减器由主控计算机控制。

步骤408，初始化被测雷达。需要被测雷达可以正常工作后，雷达模拟器才能正常完成模拟测试。

步骤409，初始化延时器。延时器由主控计算机控制来延迟一段时间送出模拟的雷达信号，用来模拟被测目标距离的远近。

步骤410，初始化信号检测仪。当模拟的雷达信号经过放大后，可能会存在失真的情况，需要通过信号检测仪检测，把失真的无效信号排除掉，不通过射频发射出去。

步骤411，初始化通道切换器。主控计算机控制通道切换器来选择模拟的雷达信号通过射频线传输至被测雷达和接收天线或者通过空口的方式真实传送。

步骤412，初始化信号分析仪。当雷达模拟器接收到自己发射出去的信号后，经过衰减和解调后，交由信号分析仪分析收到的模拟雷达信号。

步骤413，初始化分析计算机。分析计算机负责读取信号分析仪分析的模拟雷达数据，并交给主控计算机分析。

步骤414，完成系统初始化。

步骤401至步骤413就完成了系统初始化，包括系统中的计算机和硬件设备。

完成系统初始化后，在雷达信号模拟测试模块302中对雷达信号模拟。具体包括功能检测模块303和测试与分析模块304。

功能检测模块303负责在开始模拟测试前验证各硬件和软件的功能是否正常，由于正式测试需要测试多种强弱信号及延时下的雷达的性能，所以比较耗时。为此，需要在测试前，先检测整个系统是否可以正常工作。具体步骤如下：

步骤501，开始功能检测。

步骤502，切换射频通道为射频线直接连接被测雷达和雷达信号模拟器的接收天线。先通过射频线的方式完成功能性测试，用于验证系统功能是否可以正常使用。

步骤503，主控计算机控制回波信号模拟器生成模拟雷达信号。该发明中回波信号模拟器采用矢量信号源。主控计算机根据预先设置的模拟信号不同的频率序列，依次生成不同频率的模拟信号。频率序列列表由测试人员事先保存在数据库中，主控计算机依次读取后设置给回波信号模拟器。

步骤504，主控计算机通过读取保存在数据库中的信号延时列表，延时输出模拟的雷达信号来模拟被测目标距离的远近。

步骤505，主控计算机根据数据库中预设的发射功率列表依次读取并调整功率放大器。

步骤506，主控计算机控制信号检测仪检测经过功率放大的信号是否符合要求，对于不在正常范围内的信号，直接丢弃，不交给后续流程；经检测符合要求的信号，直接通过射频线传送给被测雷达和雷达信号模拟器的射频接收天线。

步骤507，射频接收天线通过射频线接收到信号后，由主控计算机依次调整信号衰减器的参数来模拟接收到信号的强弱。信号衰减器的参数也是通过预先设置在数据库中，由主控计算机读取后依次设置；由主控计算机控制被测雷达采用与信号衰减器一致的衰减系数。

步骤508，正交解调接收到的信号。

步骤509，分析计算机分析接收到的经过解调后的信号，并记录。

步骤510，判断是否完成一个轮询的测试。主控计算机根据信号的不同频率、不同延时、不同的发射功率、以及不同的信号衰减系数来模拟各种不同的雷达信号，测试多种被测目标。由主控计算机控制对上述系数进行排列组合。当完成一种组合时，即完成一个轮询。在该步骤中判断是否完成所有的排列组合。如果完成，则进入步骤511；否则返回步骤503进行下一轮询的测试。

步骤511，当完成所有轮询的测试后，主控计算机从分析计算机读取所有的分析数据，生成分析报告。

步骤512，测试中，被测雷达自身也有测试数据和测试报告，主控计算机读取雷达的测试报告。

步骤513，主控计算机对比测试报告。

步骤514，对比测试报告后，判断双方差异是否在规定范围内。具体范围的大小，由操作人员预先设置。如果通过测试，执行步骤515；否则执行步骤516。

步骤515，成功完成功能测试，后续可以进行正式雷达信号模拟测试。

步骤516，测试失败。需要通知测试人员。

上述步骤501至516完成了雷达信号模拟器的功能检测流程。后续进入测试与分析模块304。

测试与分析模块304中，通过雷达信号模拟器开始测试雷达性能。详细步骤如下：

步骤601，开始测试。

步骤602，主控计算机通知通道切换器切为到空口信道，关闭射频线，直接模拟空口环境。

步骤603，主控计算机控制回波信号模拟器生成模拟雷达信号。该步骤与上一流程中的步骤503相同。

步骤604，主控计算机控制延时输出模拟信号。

步骤605，主控计算机调大信号的发射功率。

步骤606，主控计算机控制信号检测仪检测经过功率放大的信号是否符合要求，对于不在正常范围内的信号，直接丢弃，不交给后续流程；经检测符合要求的信号，直接通过射频发射天线经过空口环境传送给被测雷达和雷达信号模拟器的射频接收天线。

步骤607，射频接收天线在空口环境接收到信号后，由主控计算机依次调整信号衰减器的参数来模拟接收到信号的强弱，信号衰减系数与被测雷达当前采用的信号衰减系数一致。同样，被测雷达也是在空口环境中接收到测试信号。

步骤608，正交解调接收到的信号。

步骤609，分析计算机分析接收到的经过解调后的信号，并记录后保存在数据库中，供主控计算机读取、分析。

步骤610，判断是否完成一个轮询的测试。判断规则与上一流程中的步骤510一致。如果完成，则进入步骤511；否则返回步骤503进行下一轮询的测试。

步骤611，当完成所有轮询的测试后，主控计算机从分析计算机读取所有的分析数据，生成分析报告。

步骤612，完成测试。

上述步骤601至612就完成了雷达模拟信号测试。

后续进入结果处理模块305。由于雷达信号模拟测试需要模拟多种被测目标的信号，多种组合测试流程非常耗时，所以测试人员不能一直值守。当完成测试时，需要通过邮件通知测试人员。详细步骤如下：

步骤701，开始结果处理。

步骤702，主控计算机读取分析报告。

步骤703，主控计算机启动自身的邮件系统。

步骤704，将测试报告通过邮件发送测试人员。

步骤705，关闭硬件设备。雷达信号模拟器由多个硬件设备组成，功率特别大，特别是射频发射、接收设备，所以当测试完成时，需要及时关闭。

步骤706，完成测试。

上述步骤701至步骤706详细描述了主控计算机在测试完成后，读取并通过邮件发送分析报告的过程。

利用本发明，由于减少了人为操作干扰，充分利用计算机实时处理功能和局域网的高速数据传输能力，且本发明中系统构建简单、成本低、测试速度快，所以能提高雷达信号模拟的精度和速度，测量结果准确度优于人工手动测量。

综上所述，本发明具有构建简单的特点，全自动化测试，并具有很强的通用性，可广泛应用于各种多端口网络噪声系数测试。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。