一种多通道接收机信号模拟方法与流程

本发明属于电子侦察领域，具体涉及一种多通道接收机信号模拟方法。

背景技术：

电子对抗一般可划分为声纳对抗、雷达对抗、通信对抗、光电对抗等等，其中雷达对抗与通信对抗是重中之重，而雷达侦察与通信侦察中的关键技术——测向系统的研究一直是电子战技术的重点。

国内外有很多信号模拟技术的研究，在实现技术上也取得看很大成就。如美国国防部所属三军的人机环境研究所主要致力于研究对军事武器训练的信号模拟器；an/plm-4信号模拟器是由edo公司研制的军用模拟器，主要适用战斗机和军用飞机的雷达告警接收机检测；1994年航空部门的601所和北京航天航空大学成功开发出一种通用多普勒雷达信号模拟器，其中计算机可以通过串口与模拟器进行通信来达到对模拟器的运作状态的控制，改变视频脉冲的相对时延和多普勒相对频移来真正模拟雷达与未知目标之间的实际距离及相对运动速度。

但目前市场上的信号发生器类产品多侧重于高精度单音信号，此类信号不适合作为测向系统的接收信号，测向系统需要定制的、能够满足多通道间高精度时延控制的信号来模拟到达角。如果在外场实验的情况下，测向系统进行相关实验验证，不仅研发周期长，而且研发成本也是非常高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供的一种多通道接收机信号模拟方法，该模拟技术缩短了测向系统的实验周期以及降低了研发成本。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种多通道接收机信号模拟方法，包括以下步骤：

(1)建立多通道阵列天线信号模型，设定目标发射信号为s(t)：

其中，u(t)为基带调制信号，fc为信号中心频率；

(2)根据用户设置参数，得到阵列天线各通道接收信号的时延差τk及多普勒频移fd，同时生成基带调制信号u(t)；

(3)阵列天线各阵元时延差及多普勒频移信息加载和载频相位补偿，得到模拟信号sbase(t)；

(4)上变频至射频信号，对模拟信号sbase(t)进行上变频处理；

(5)发射模拟的射频信号，接收平台的天线接收单元接收的射频信号为r(t)：

其中，τk为通道k与通道1之间的时延差，fd为多普勒频移，为载频的相位补偿参数。

优选地，所述基带调制信号u(t)由基带调制信号模型产生。

优选地，所述基带调制信号u(t)类型为雷达信号或常规通信信号。

优选地，所述时延差τk以及多普勒频移fd由阵列天线模型计算得到。

优选地，所述步骤(3)由时延信息模型完成。

优选地，所述步骤(4)由上变频模型完成。

优选地，所述阵列天线为交叉阵列天线或圆形阵列天线或直线阵列天线，所述阵列天线阵元个数为7个。

优选地，所述步骤(2)具体包括：

第一步，用户设置目标发射信号的来波方向为θ、径向速度为v、阵列天线阵元个数为n、各阵元之间的基线长度为l；

第二步，计算各阵元间时延差τk，当阵元k与阵元1排布方向与法线方向一致时，则阵元k与阵元1之间的时延差为τk1，

τk1＝(l1+...+lk-1)·sin(θ)/c；

当阵元k与阵元1排布方向与法线方向垂直时，则阵元k与阵元1之间的时延差为τk2，

τk2＝(l1+...+lk-1)·cos(θ)/c；

其中，θ为目标发射信号的来波方向，l1是指阵元2与阵元1之间的基线长度，lk-1是指阵元k与阵元k-1之间的基线长度；

第三步，计算多普勒频移fd：

fd＝(2v/c)·fc；

其中，c为光速，v为径向速度，fc为信号中心频率。

优选地，所述步骤(3)具体包括：

第一步，进行多普勒频移加载，得到加载后信号

第二步，利用群延时对信号进行时延差加载，得到

第三步，对时延差和多普勒频移加载后的基带调制信号进行载波相位补偿，得到模拟信号sbase(t)，

本发明具有以下有益效果：在本发明的技术方案中，本发明能够模拟交叉阵列或圆形阵列或直线阵列下的测向信号，能够供测向系统进行仿真验证，在不进行外场实验的情况下，测向系统进行相关实验验证，有效方便，不仅缩短实验周期还极大的节省研发成本。且本发明提供的信号模拟技术不限制信号类型，适用范围广，为定位系统提供自适应的模拟信号。

附图说明

图1为本发明总体框图；

图2为本发明总体流程图；

图3为本发明交叉阵列天线示意图；

图4为本发明雷达信号各通道延时仿真图；

图5为本发明通信cw信号各通道延时仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，一种多通道接收机信号模拟方法包括基带调制信号模型、阵列天线模型、时延信息模型和上变频模型。所述基带调制信号模型生成各通道所需基带调制信号；所述阵列天线模型根据用户设置的到达角方向、径向速度及天线排布方式得到各通道模拟信号的时延差及多普勒频移；所述时延信息模块根据阵列天线模型得到的各通道模拟信号的时延差和多普勒频移，将所述时延差和多普勒频移加载至相应的基带调制信号上；所述上变频模型将加载有时延差的基带调制信号根据上变频公式上变频至射频，模拟出当前天线模型下对应方向角的射频信号。

结合图2所示，本发明模拟出用于测向的阵列天线的接收信号采用以下步骤：

(1)建立多通道阵列天线信号模型；

(2)根据用户参数设置，得到阵列天线各通道接收信号的时延差及多普勒频移，同时生成基带调制信号；

(3)时延差及多普勒频移信息加载；

(4)上变频至射频信号；

(5)发射射频模拟信号。

进一步地，所述步骤(1)的具体内容为：首先设定目标发射信号为s(t)

则测向的天线接收单元接收的信号为r(t)

其中，s(t)为根据用户参数设定的目标发射信号，信号是信息的载体，阵列信号模型以复信号来表述。u(t)为基带调制信号模型根据用户设置的信号调制类型及调制参数生成的基带调制信号，fc为信号中心频率，fd为多普勒频移。r(t)为最终输出的射频模拟信号，τk为通道k与通道1之间的时延差，为时延信息模型将阵列天线模型得到的各通道模拟信号的时延差和多普勒频移加载至相应通道的基带调制信号上，为基带信号u(t)加载多普勒频移后的信号，为将加载有多普勒频移信号进行时延差加载后信号，而为载频的相位补偿参数，因为在射频信号进行延时，载频相位变化量与时延差τk成正比，故需对载频相位进行补偿。为上变频模型产生的上变频信息。

进一步地，结合图3所示，所述步骤(2)的具体内容为：首先，用户设置的目标发射信号的来波方向与法线方向的夹角为θ，所述法线方向为为0°，所述目标发射信号的来波方向与法线方向的夹角顺时针旋转的角度变化值为0°-360°。用户设置阵列天线的排布类型为交叉阵列或圆形阵列或直线阵列，本发明优选交叉阵列。设置交叉阵列天线的阵元个数为n个且各阵元之间的基线长度为l，对应的通道个数也为n，所述通道是指发射信号到达各个阵元的信号路径，交叉阵列天线的阵元个数根据实际需求确定，本发明交叉阵列天线的阵元个数采用7个。然后，将发射信号的目标视为远场辐射源，图3中虚线是指各阵元下接受信号辐射距离的横截面，在此截面上的信号辐射距离相同。以通道1为基准，接受天线各阵元间接收信号的辐射距离差为dk～1，τk为通道k与通道1之间的延时，所述时延差τk在光速下与距离差dk～1成正比。

阵元k与阵元1排布方向与法线方向一致时，则阵元k与阵元1之间的时延差为：

τk1＝(l1+...+lk-1)·sin(θ)/c；

其中，θ是指目标发射信号来波方向与法线方向夹角，c是指光速，l1是指阵元2与阵元1之间的基线长度，lk-1是指阵元k与阵元k-1之间的基线长度，延时为正时表示当前通道k的信号比通道1滞后；延时为负时表示当前通道k的信号比通道1超前。

当阵元k与阵元1排布方向与法线方向垂直时，则阵元k与阵元1之间的时延差为：

τk2＝(l1+...+lk-1)·cos(θ)/c；

本发明的阵元5、阵元6和阵元7与阵元1的排布方向同法线方向一致，则阵元5、阵元6和阵元7与阵元1之间的时延差为：

τ5＝-l4·sin(θ)/c；

τ6＝l5·sin(θ)/c；

τ7＝(l5+l6)·sin(θ)/c；

本发明的阵元2、阵元3和阵元4与阵元1的排布方向同法线方向垂直，则阵元2、阵元3和阵元4与阵元1之间的时延差为：

τ2＝l1·cos(θ)/c；

τ3＝(l1+l2)·cos(θ)/c；

τ4＝(l1+l2+l3)·cos(θ)/c；

由此，将目标发射信号到达角θ转为测试系统接收天线各阵元间信号的时延差τk。

设置目标与接收天线所在平台间的相对径向速度为v，则多普勒频移公式为：

fd＝(2v/c)·fc；

由此，将目标发射信号的径向速度v转为测试系统接收天线处信号的频移fd。

同时，根据用户设置调制信号类型和调制信号参数，得到所需基带调制信号。所述调制信号类型包括雷达信号和常规通信信号等。所述调制信号参数根据调制信号类型不同加载信号参数内容也不完全一样，当调制信号类型为雷达信号时，调制信号参数包括中心频率fc、脉宽τ、脉冲重复周期pri。当调制信号类型为常规通信cw信号时，调制信号参数包括中心频率fc。因在加载时延差和多普勒频移之前，每个通道的基带调制信号是一样的，基带调制信号模型即可只产生一个通道的基带调制信号，后续各通道进行时延差和多普勒频移加载时，皆使用此基带调制信号，减少基带调制信号模型计算量及算法复杂度。

进一步地，所述步骤(3)具体内容为：首先进行多普勒频移加载，在基带调制信号基础上乘以得到经过多普勒频移信息加载后信号

然后对加载了多普勒频移信息后的信号进行时延差加载，得到在进行算法仿真时，各通道信号均为离散形式，在采样率为fs时，各个通道的时延差τk可转换为延时采样点数

其中，可为整数也可为小数。

本发明利用线性相位滤波器的群延时特性对信号实现小数或整数个采样点的延时。

设置信号x(n)通过具有以下频率响应的滤波器：

其中，n0为滤波器的群延时，可不为整数。

设置滤波器输入信号为x(n)，输出信号为y(n)，利用傅里叶变换的时移特性，得到频域输出：

时域输出：

y(n)＝x(n-n0)

滤波器在通带内将输入信号进行了滤波，使得输入信号产生了n0的延时。因此设置得到群延时为的滤波器，根据不同通道与通道1的时延差τk得到不同通道的滤波器群延时，所述滤波器将各通道对应的基带调制信号进行滤波处理，即可得到不同通道时延后的信号。除此之外，本发明的另一种延时处理方法为，已知滤波器频率响应后，通过频域相乘的方式代替滤波，也可得到延时处理后的信号。

最后，对信号进行时延差和多普勒频移加载后，因在射频信号进行延时，载频相位变化量与时延差τk成正比，故需对载频相位进行补偿，直接将信号乘以得到含有到达角和径向速度信息的模拟信号sbase(t)：

进一步地，所述步骤(4)的具体内容为：上变频模型根据步骤(3)得到经过时延差和多普勒频移加载和载频相位补偿后的模拟信号sbase(t)进行上变频处理，所述模拟信号sbase(t)为：

所述模拟信号sbase(t)乘以得到进行上变频处理后的射频信号srf(t)，

srf(t)＝real{sbase(t)}·cos(2πfct)-imag{sbase(t)}·sin(2πfct)

其中，real是指获取模拟信号sbase(t)的实部值，imag是指获取模拟信号sbase(t)的虚部值。

进一步地，所述步骤(5)将经过步骤(4)处理后得到的射频信号srf(t)进行发射。

本发明的另一种实施方式为，设置交叉阵列天线阵元个数为7个，阵元2、阵元3、阵元4和阵元1排布方向与法线方向垂直，阵元5、阵元6、阵元7和阵元1排布方向与法线方向一致，阵元5在阵元1一侧，阵元6和阵元7在阵元1另一侧。且阵元2与阵元1、阵元3与阵元2、阵元4与阵元3、阵元5与阵元1、阵元6与阵元1、阵元7与阵元6之间的基线长度分别设为[0.1，0.13，0.12，0.17，0.11，0.12]m，来波方向θ为40°，径向速度为300m/s。雷达信号中心频率fc为500mhz、脉宽τ为2ms、脉冲重复周期pri为3ms，常规通信cw信号中心频率fc为500mhz。

根据多普勒频移公式算出多普勒频移为1khz，根据到达角转时延差算法，各阵元与阵元1之间的时延差为[0，0.2143，0.4928，0.7499，-0.4341，0.2809，0.5873]ns。如图4-5所示，得到常规雷达信号和通信cw信号各通道间的延时仿真图。从图4-5可以看出通道3、通道4和通道7的信号比通道1的信号滞后，通道5的信号比通道1的信号超前，与计算出的时延差信息一致，则此模拟方法能够准确模拟出阵列天线接收单元具有不同时延的信号，共定位测向系统仿真验证。

本发明能够模拟交叉阵列或圆形阵列或直线阵列下的测向信号，测向信号到达角的范围为[0°，360°]，且加入了多普勒频移信息，能够模拟任意方向的测向信号。能够为测向系统提供所需测向信号，供测向系统进行仿真验证，避免进行外场实验，有效方便的进行测向验证，缩短了实验周期，且节约了开发成本。本发明提供的信号模拟方法不限制信号类型，适用范围广，为定位测向系统提供自适应的模拟信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。