一种S模式应答机旁瓣抑制测试方法及装置与流程

一种s模式应答机旁瓣抑制测试方法及装置
技术领域
1.本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种s模式应答机旁瓣抑制测试方法及装置。


背景技术：

2.二次雷达探测目标时，只希望在询问主瓣波束覆盖范围内的飞机进行应答，这就要求应答机具有旁瓣抑制(sls)能力。采用旁瓣抑制技术后，旁瓣应答被抑制，进一步减少了异步或同步干扰。s模式下，询问机采用∑波束和ω波束对外辐射询问脉冲，询问旁瓣脉冲(p2或p5)通过ω波束辐射，s模式应答机接收到询问脉冲后，需经历旁瓣检测、判别处理等来决定应答与否。
3.根据应答机发射的频率和代码的特点，其模式有模式1、模式2、模式3/a、模式4，模式5，模式b、模式c、模式d和s模式，其中有些是军用，有些是军民合用，而涉及到民用的模式主要有模式a，模式c和s模式。1)模式a和模式c：这两种模式是目前在全球使用最广泛，当应答机接收到地面询问机的询问信号，将自己的四位编码发回作为回应，这就是原始的a模式，当回应时还报告自己的气压高度信息，就是c模式。2)s模式：s模式是新兴的一种模式，也是将来的发展方向，它是一种可以传输数据链的模式，其发射时不但具有c模式的功能，还可以传输飞机的24位地址码(icao
‑
24bitcode)。如果硬件和软件支持，它还可以传输飞机的航班号码、空速、地速、航向、高度以及gps等信息，目前大多数的民航客运飞机都支持s模式，因为空中自动防撞系统acars(或tcas)需要s模式应答机来支持，s模式和a模式c模式是兼容的。
4.s模式应答机出厂前必须完成旁瓣抑制性能测试，根据do
‑
181e标准要求，对s模式应答机旁瓣抑制性能的测试，需分别完成多种格式旁瓣抑制性能测试，这些格式包含：空中交通管制雷达信标系统(atcrbs)、仅空中交通管制雷达信标系统全呼(atcrbs
‑
only all
‑
call)、空中交通管制雷达信标系统/s模式全呼(atcrbs/mode sall
‑
call)和s模式(mode s)。目前，s模式应答机旁瓣测试方法主要为：采用do
‑
181e推荐的方法来进行测试，主要借助专用测试设备(aeroflex公司atc
‑
1400a/s
‑
1403dl)完成测试，现有的测试技术原理如图1所示。此类设备官方已经宣布停产，并采取出口限制措施。
5.如图1所示，是现有旁瓣抑制测试方法示意图。要完成s模式应答机旁瓣抑制性能的测试，测试设备需要产生询问测试脉冲(文中涉及询问测试脉冲均指针对s模式应答机旁瓣抑制参数测试所需的测试脉冲信号)。
6.现有测试方法的关键点主要如下：
7.1)采用不同信号源产生询问测试脉冲(模拟∑波束脉冲和ω波束脉冲)，通过功分器(功率合成器)模拟空间波束合成，送入应答机天线端口；
8.2)通过同步两台测试设备，生成具有特定时间和幅度关系的射频脉冲，脉冲的时间关系通过同步触发设备控制，射频脉冲幅度通过两台atc测试设备分别控制；
9.3)通过模拟检波方式获取应答视频(检测视频)信号，实现应答结果检测。
10.现有测试技术，具有以下缺点：
11.1)询问测试脉冲的生成复杂，需要两台信号源(atc测试设备)及同步触发设备分别产生∑波束和ω波束射频脉冲信号，功率合成采用模拟方法产生最终的询问测试脉冲；
12.2)未给出严格的同步方法，测试设备间存在固有的同步误差。由于不同设备间存在对同步触发信号的采样抖动，生成的射频脉冲信号存同步误差。在常规模式测试下会导致旁瓣脉冲的时间抖动，在s模式测试下影响p5合成脉冲的形态，若误差过大将导致测试失败；
13.3)不同射频脉冲发生器到合成器的线缆需要校准。损耗不一致将导致(p2脉冲)幅度误差，相位不一致将影响p5合成脉冲的形态，从而影响测试结果；
14.4)未给出应答信号的检测及应答概率统计的具体实现方法，不方便结果统计。


技术实现要素：

15.为了解决上述问题，本发明提出一种s模式应答机旁瓣抑制测试方法及装置，所采用的技术方案如下：
16.一种s模式应答机旁瓣抑制测试装置，包括：
17.基带脉冲生成模块，其通过包括编码和调制在内的方法产生∑波束和ω波束对应功率的数字基带iq信号；
18.射频收发模块，其通过iq调制将所述基带脉冲生成模块生成的数字基带iq信号调制到载波上，并通过功率控制及收发切换形成射频询问脉冲，来实现对s模式应答机的测试；或通过收发切换、功率控制及iq调制将s模式应答机的应答信号转换为数字基带iq信号，以用于应答信号处理；
19.基带接收处理模块，其根据所述射频收发模块转换的数字基带iq信号，进行应答信号处理、应答结果的统计和分析。
20.进一步地，所述基带脉冲生成模块包括定时控制器、周期控制器、脉冲宽度控制器、模式控制器、编码器、数字基带调制器、旁瓣功率控制器和脉冲幅度计算器，所述编码器的数据输入端电连接所述定时控制器、所述周期控制器、所述脉冲宽度控制器和所述模式控制器的数据输出端，所述数字基带调制器的数据输入端电连接所述定时控制器、所述模式控制器、所述编码器和所述脉冲幅度计算器的数据输出端，所述脉冲幅度计算器的数据输入端电连接所述旁瓣功率控制器的数据输出端。
21.其中，所述定时控制器用于产生时序控制，所述周期控制器用于控制数字基带iq信号的重复频率，所述脉冲宽度控制器用于控制多个数字基带iq信号的脉冲宽度，所述模式控制器用于通过模式参数控制当前编码和调制方式；所述编码器用于在常规模式下完成基带编码，在s模式下完成基带编码以及根据原始询问格式数据完成差分编码；所述数字基带调制器用于在常规模式下完成pam调制，在s模式下完成pam调制和dpsk调制以生成数字基带iq信号；所述旁瓣功率控制器用于生成需要的旁瓣功率；所述脉冲幅度计算器用于将功率参数转化为数字基带iq信号的幅度参数，与所述数字基带调制器配合完成调制。
22.进一步地，所述射频收发模块包括收发切换单元以及与所述收发切换单元连接的射频发送单元和射频接收单元，其中：
23.所述收发切换单元用于将所述射频发送单元输出的射频信号发送至s模式应答
机，或接收s模式应答机的应答信号并发送至所述射频接收单元；
24.所述射频接收单元包括依次连接的模拟数字转换器、iq调制器、射频功率控制器和隔离保护器，所述模拟数字转换器用于将所述基带脉冲生成模块的数字基带iq信号转换为模拟iq信号，所述iq调制器用于将模拟iq信号调制为射频信号，所述射频功率控制器用于将射频信号进行放大、衰减和功率控制，并通过所述隔离保护器输出至所述收发切换单元，所述隔离保护器用于限制大功率应答信号对射频信道造成损坏；
25.所述射频发送单元包括依次连接的大功率衰减器、iq解调器和数字模拟转换器，所述大功率衰减器用于将所述收发切换单元接收的大功率应答信号衰减为小信号，所述iq解调器用于将衰减后的应答信号解调为模拟iq信号，所述数字模拟转换器用于将模拟iq信号转换为数字基带iq信号，并送入到所述基带接收处理模块进行数字信号处理。
26.进一步地，所述射频功率控制器进行功率控制范围为100db，输出范围从
‑
95dbm～5dbm，以覆盖s模式应答机测试的全动态测试要求。
27.进一步地，所述隔离保护器的抗烧毁功率值为1000w，反向隔离度为25db。
28.进一步地，所述基带接收处理模块包括统计次数计数器、应答计数器以及依次连接的数字包络检波器、对数化运算器、脉冲检测器、译码处理器和应答概率计算器，所述统计次数计数器用于按照每次询问周期时间进行累加1，直到达到预设值，所述应答计数器用于统计应答次数，所述数字包络检波器用于对所述射频收发模块发送的数字基带iq信号进行数字包络检波以得到包络幅度信号，所述对数化运算器用于对包络幅度信号进行对数化运算形成视频信号，所述脉冲检测器用于对视频信号进行脉冲检测得到ttl基带信号，所述译码处理器用于对ttl基带信号进行译码处理、框架检测、代码信息提取和译码成功判断，所述应答概率计算器用于计算应答概率并更新应答统计结果。
29.一种s模式应答机旁瓣抑制测试方法，包括：
30.基带脉冲生成：通过包括编码和调制在内的方法产生∑波束和ω波束对应功率的数字基带iq信号；
31.射频收发：通过iq调制方式将生成的数字基带iq信号调制到载波上，并通过功率控制及收发切换形成射频询问脉冲，来实现对s模式应答机的测试；或通过收发切换、功率控制及iq调制将s模式应答机的应答信号转换为数字基带iq信号，以用于应答信号处理；
32.基带接收处理：根据s模式应答机的应答信号转换成的数字基带iq信号，进行应答信号处理、应答结果的统计和分析。
33.进一步地，在基带脉冲生成过程中，还包括旁瓣脉冲功率控制方法；在pam调制下，旁瓣脉冲p2位置功率控制方法包括以下步骤：
34.s101.设置参考脉冲p1的基带iq数值幅度为n，即i
p1
＝q
p1
＝n；
35.s102.设置旁瓣功率参数k，计算旁瓣脉冲p2的幅度变化系数a，a＝10
(k/20)
；
36.s103.计算旁瓣脉冲p2的基带iq并记为i
p2
、q
p2
，数值记为m，则i
p2
＝q
p2
＝m＝n
×
a＝n
×
10
(k/20)
；
37.s104.分别在参考脉冲p1和旁瓣脉冲p2的位置，采用不同的iq数值n和m完成数字基带iq信号的生成。
38.进一步地，在dpsk调制下，旁瓣脉冲p5位置功率控制方法包括以下步骤：
39.s201.设置参考脉冲p1的基带iq数值幅度为n，即i
p1
＝q
p1
＝n；
40.s202.设置旁瓣功率参数k，在旁瓣脉冲p5的前半部分进行功率相加合成，形成基带iq并记为i
1p5
、q
1p5
，数值记为m1，则
41.s203.在旁瓣脉冲p5的后半部分进行功率相减合成，若k≥0db，p5功率不低于p6，形成基带iq并记为i
2p5
、q
2p5
，数值记为m2，则若k＜0db，p5功率小于p6，形成基带iq并记为i
3p5
、q
3p5
，数值记为m3，则
42.s204.分别在参考脉冲p1、旁瓣脉冲p5前半部分、p5后部分的位置，采用不同的iq数值n、m1、m2或m3完成数字基带iq信号的生成。
43.进一步地，所述应答信号处理、应答结果的统计和分析包括以下步骤：
44.s301.初始化统计次数和应答计数为0；
45.s302.采集已将s模式应答机的应答信号转换成的数字基带iq信号；
46.s303.对数字基带iq信号进行数字包络检波，得到包络幅度信号；
47.s304.对包络幅度信号进行对数化运算，形成视频信号；
48.s305.对视频信号进行脉冲检测，得到ttl基带信号；
49.s306.进行译码处理、框架检测和代码信息提取，并进行译码成功判断，若成功则进入步骤s307，否则进入步骤s302；
50.s307.应答计数加1，进行统计判断，若统计次数达到预设值m则进入步骤s308，否则进入步骤s302；
51.s308.将应答计数的值锁存，记为n；
52.s309.计算应答概率并更新应答统计结果，所述应答概率为：n/m*100％，若需要继续统计，则进入步骤s301，否则结束。
53.本发明的有益效果在于：
54.1)采用基带脉冲生成模块，无需多台atc测试设备及功率分器通过模拟方式合成测试脉冲，同时解决了脉冲同步(尤其是p5旁瓣脉冲的同步性)问题；
55.2)询问旁瓣测试脉冲幅度控制方法，可精确控制旁瓣脉冲的相对幅度，长期稳定性好；
56.3)数字化的接收信号处理，可自动完成应答结果统计分析，有利于提高测试效率，且易于扩展到s模式应答机其他性能的测试；
57.4)依托自主可控技术实现s模式应答机旁瓣抑制测试，摆脱进口专用测试设备限制。
58.5)采用数字化、单一激励源生成所有询问测试脉冲，可解决询问测试脉冲的生成复杂问题；
59.6)可解决询问测试脉冲的抖动问题，可实现严格的信号同步；
60.7)可解决测试旁瓣询问信号幅度误差问题，保证询问测试脉冲的具有稳定幅度和脉冲形态；
61.8)可解决应答信号检测及概率统计问题，便于自动化完成应答概率统计。
附图说明
62.图1现有旁瓣抑制测试方法示意图。
63.图2实施例1的s模式应答机旁瓣抑制测试装置原理图。
64.图3实施例1的基带脉冲生成模块原理图。
65.图4实施例2的询问测试脉冲编码波形图。
66.图5实施例2的基带接收信号处理流程图。
具体实施方式
67.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
68.实施例1
69.如图2所示，本实施例提供了一种s模式应答机旁瓣抑制测试装置，包括基带脉冲生成模块、射频收发模块和射频收发模块，其中基带脉冲生成模块通过包括编码和调制在内的方法产生∑波束和ω波束对应功率的数字基带iq信号。射频收发模块通过iq调制将基带脉冲生成模块生成的数字基带iq信号调制到载波上，并通过功率控制及收发切换形成射频询问脉冲，来实现对s模式应答机的测试；或通过收发切换、功率控制及iq调制将s模式应答机的应答信号转换为数字基带iq信号，以用于应答信号处理。基带接收处理模块根据射频收发模块转换的数字基带iq信号，进行应答信号处理、应答结果的统计和分析。
70.如图3所示，基带脉冲生成模块包括定时控制器、周期控制器、脉冲宽度控制器、模式控制器、编码器、数字基带调制器、旁瓣功率控制器和脉冲幅度计算器，编码器的数据输入端电连接定时控制器、周期控制器、脉冲宽度控制器和模式控制器的数据输出端，数字基带调制器的数据输入端电连接定时控制器、模式控制器、编码器和脉冲幅度计算器的数据输出端，脉冲幅度计算器的数据输入端电连接旁瓣功率控制器的数据输出端。
71.其中，定时控制器用于产生时序控制，基准时钟频率可设置为40mhz，便于控制数字基带iq信号的周期、脉宽、抖动等参数满足标准的要求，且各脉冲时间关系容易实现同步控制。周期控制器用于控制数字基带iq信号的重复频率，脉冲宽度控制器用于控制多个数字基带iq信号的脉冲宽度。模式控制器用于通过模式参数控制当前编码和调制方式，编码和调制方式包括：atcrbs、atcrbs
‑
only all
‑
call、atcrbs/mode s all
‑
call及mode s测试模式。编码器用于在常规模式下完成基带编码，有脉冲的位置编码为1，否则为0，在s模式下完成基带编码以及根据原始询问格式数据完成差分编码。数字基带调制器用于在常规模式下完成pam调制，在s模式下完成pam调制和dpsk调制以生成数字基带iq信号，相对于参考脉冲，旁瓣脉冲的功率控制范围为
‑
20db～+15db，可以实现覆盖标准(rtca do
‑
181e)要求的旁瓣测试范围。旁瓣功率控制器用于生成需要的旁瓣功率。脉冲幅度计算器用于将功率参数转化为数字基带iq信号的幅度参数，与数字基带调制器配合完成调制。
72.如图2所示，射频收发模块包括收发切换单元以及与收发切换单元连接的射频发送单元和射频接收单元，其中：
73.收发切换单元用于将射频发送单元输出的射频信号发送至s模式应答机，或接收s模式应答机的应答信号并发送至射频接收单元。
74.射频接收单元包括依次连接的模拟数字转换器、iq调制器、射频功率控制器和隔离保护器，模拟数字转换器用于将基带脉冲生成模块的数字基带iq信号转换为模拟iq信号，iq调制器用于将模拟iq信号调制为射频信号，射频功率控制器用于将射频信号进行放大、衰减和功率控制，并通过隔离保护器输出至收发切换单元，隔离保护器用于限制大功率应答信号对射频信道造成损坏。优选地，射频功率控制器进行功率控制范围为100db，输出范围从
‑
95dbm～5dbm，以覆盖s模式应答机测试的全动态测试要求。优选地，隔离保护器的抗烧毁功率值为1000w，反向隔离度为25db，可限制大功率应答信号对射频信道造成损坏。
75.进行测试时，将射频收发端口与s模式应答机收发天线端口通过射频线缆相连接，若射频询问满足s模式应答机的应答要求(应答触发条件，和应答机内部处理机制相关，不做详细讨论)，s模式应答机发出应答脉冲，否则不产生应答。若产生应答，应答信号进入射频接收处理，否则在没有应答的情况下可将接收视为噪声。
76.射频发送单元包括依次连接的大功率衰减器、iq解调器和数字模拟转换器，大功率衰减器用于将收发切换单元接收的大功率应答信号衰减为小信号，iq解调器用于将衰减后的应答信号解调为模拟iq信号，数字模拟转换器用于将模拟iq信号转换为数字基带iq信号，并送入到基带接收处理模块进行数字信号处理。可选的，iq解调器可替换为模拟检波器，如采用对数检波器完成应答脉冲视频包络提取。
77.基带接收处理模块包括统计次数计数器、应答计数器以及依次连接的数字包络检波器、对数化运算器、脉冲检测器、译码处理器和应答概率计算器，统计次数计数器用于按照每次询问周期时间进行累加1，直到达到预设值，应答计数器用于统计应答次数，数字包络检波器用于对射频收发模块发送的数字基带iq信号进行数字包络检波以得到包络幅度信号，对数化运算器用于对包络幅度信号进行对数化运算形成视频信号，脉冲检测器用于对视频信号进行脉冲检测得到ttl基带信号，译码处理器用于对ttl基带信号进行译码处理、框架检测、代码信息提取和译码成功判断，应答概率计算器用于计算应答概率并更新应答统计结果。
78.实施例2
79.本实施例在实施例1的基础上：
80.本实施例提供了一种s模式应答机旁瓣抑制测试方法，包括：
81.基带脉冲生成：通过包括编码和调制在内的方法产生∑波束和ω波束对数字基带iq信号对应功率的数字基带iq信号；
82.射频收发：通过iq调制方式将生成的数字基带iq信号调制到载波上，并通过功率控制及收发切换形成射频询问脉冲，来实现对s模式应答机的测试；或通过收发切换、功率控制及iq调制将s模式应答机的应答信号转换为数字基带iq信号，以用于应答信号处理；
83.基带接收处理：根据s模式应答机的应答信号转换成的数字基带iq信号，进行应答信号处理、应答结果的统计和分析。
84.对s模式应答机进行旁瓣抑制性能测试，需要将旁瓣控制波束脉冲p2(或p5)合成到询问测试脉冲(即数字基带iq信号)，最终从单一通道发出。需要生成的询问测试脉冲的编码波形如图4所示。
85.在基带脉冲生成过程中，采用旁瓣脉冲功率控制方法，分为以下两种情况：
86.(1)在pam调制下，旁瓣脉冲p2位置功率控制方法包括以下步骤：
87.s101.设置参考脉冲p1的基带iq数值幅度为n，即i
p1
＝q
p1
＝n；
88.s102.设置旁瓣功率参数k(单位：db，范围：
‑
20db≤k≤+15db)，计算旁瓣脉冲p2的幅度变化系数a，a＝10
(k/20)
；
89.s103.计算旁瓣脉冲p2的基带iq并记为i
p2
、q
p2
，数值记为m，则i
p2
＝q
p2
＝m＝n
×
a＝n
×
10
(k/20)
；
90.s104.分别在参考脉冲p1和旁瓣脉冲p2的位置，采用不同的iq数值n和m完成询问测试脉冲的生成。
91.(2)在dpsk调制下，旁瓣脉冲p5位置功率控制方法包括以下步骤：
92.s201.设置参考脉冲p1的基带iq数值幅度为n，即i
p1
＝q
p1
＝n；
93.s202.设置旁瓣功率参数k(单位：db，范围：
‑
20db≤k≤+15db)，在旁瓣脉冲p5的前半部分(标准宽度的前0.4us)进行功率相加合成，形成基带iq并记为i
1p5
、q
1p5
，数值记为m1，则则
94.s203.在旁瓣脉冲p5的后半部分(标准宽度的后0.4us)进行功率相减合成，由于p6脉冲已经在p5脉冲中心后0.4us发生了相位反转，分两种情况：若k≥0db，p5功率不低于p6，形成基带iq并记为i
2p5
、q
2p5
，数值记为m2，则若k＜0db，p5功率小于p6，形成基带iq并记为i
3p5
、q
3p5
，数值记为m3，则
95.s204.分别在参考脉冲p1、旁瓣脉冲p5前半部分、p5后部分的位置，采用不同的iq数值n、m1、m2或m3完成询问测试脉冲的生成。
96.如图5所示，应答信号处理、应答结果的统计和分析包括以下步骤：
97.s301.初始化统计次数和应答计数为0；
98.s302.采集已将s模式应答机的应答信号转换成的数字基带iq信号；
99.s303.对数字基带iq信号进行数字包络检波，得到包络幅度信号；
100.s304.对包络幅度信号进行对数化运算，形成视频信号；
101.s305.对视频信号进行脉冲检测，得到ttl基带信号；
102.s306.进行译码处理、框架检测和代码信息提取，并进行译码成功判断，若成功则进入步骤s307，否则进入步骤s302；
103.s307.应答计数加1，进行统计判断，若统计次数达到预设值m则进入步骤s308，否则进入步骤s302；
104.s308.将应答计数的值锁存，记为n；
105.s309.计算应答概率并更新应答统计结果，应答概率为：n/m*100％，若需要继续统计，则进入步骤s301，否则结束。
106.需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，故将其表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说
明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。