雷达模拟器

1.本发明的实施例属于雷达测试技术领域，涉及一种雷达模拟器，尤其涉及一种根据自动测试设备激励输入模拟输出雷达响应数据的雷达模拟器。


背景技术：

2.在雷达导引头测试操作的训练过程中，通常利用雷达导引头测试设备实装，将测试训练弹的雷达导引头实装作为被测对象。这一方面消耗雷达导引头实装的使用寿命，不利于开展高强度的训练；另一方面，雷达导引头实装状态对于训练过程的影响较大，而且实装过程导致训练成本较高。为此，急需研制雷达(导引头)模拟器，作为雷达导引头测试设备的模拟被测对象，用于雷达导引头测试操作训练，减少实装消耗，降低训练成本，提高训练效益。


技术实现要素：

3.在研制雷达导引头模拟器时，需要根据雷达导引头测试设备的测试激励输入，按照测试设备的测试指令、测试流程和测试指标，输出雷达导引头的响应数据。在单脉冲雷达导引头测试过程中，雷达导引头模拟器需要测量测试设备目标模拟器喇叭天线位置相对于弹轴的偏离角度，模拟单脉冲雷达导引头的目标角跟踪过程，并向测试设备输出响应数据。
4.由于测试设备目标模拟器喇叭天线与雷达导引头模拟器有一定的距离，且两者之间无物理连接，为实现测试设备目标模拟器喇叭天线位置相对于弹轴的偏离角度的测量，通常需要采用单脉冲雷达天线和两路雷达接收机通道，接收测试设备目标模拟器喇叭天线辐射出的微波信号。但是，在利用单脉冲测角技术进行目标模拟器喇叭天线角度位置的测量的情况下，设备较为复杂，因此成本较高。
5.为了解决测试设备目标模拟器喇叭天线与雷达导引头模拟器无物理连接时的目标模拟器喇叭天线角度位置测量的难题，本发明的实施例提供一种雷达模拟器，以简化系统设计并降低设备成本。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种雷达模拟器，适于使用真实的测试设备对其进行测试，包括：检波和功率测量模块，所述检波和功率测量模块与目标模拟器信号连接，且包括配置成对目标模拟器输出的微波信号进行接收和功率检波的检波子模块和配置成对检波电压的模数采样并计算获得输入信号的功率的功率测量子模块；伺服电机控制模块，配置成根据检波和功率测量模块输出的信号控制检波和功率测量模块中的天线的转动；信号处理与控制单元，配置成进行所述雷达模拟器的模拟雷达信号与测试设备的信号接口，读取检波与功率测量模块输出的信号以产生模拟指令和电压，并对伺服电机控制模块进行控制；和与所述信号处理与控制单元连通的模拟发射机，配置成在测试过程中输出与雷达频率一致的微波点频信号，并将所述微波点频信号输送到所述测试设备的捷变频信号源上。
7.本发明的实施例只采用一路接收机通道就可以完成目标模拟器喇叭天线角度位
置的测量，简化了系统设计，降低了设备成本。
8.通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
9.本发明将参照附图来进一步详细说明，其中：
10.图1是本发明的一个实施例的雷达模拟器的原理框图；
11.图2是本发明的另一个实施例的雷达模拟器的原理框图；
12.图3是信号处理与控制单元电路的组成框图；
13.图4是模拟发射机的组成框图；
14.图5示出了雷达模拟器的第一角度搜索状态；
15.图6示出了雷达模拟器的第二角度搜索状态。
具体实施方式
16.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
17.另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。
18.根据本发明的总体上的构思，提供了一种雷达模拟器，适于使用真实的测试设备对其进行测试，包括：检波和功率测量模块，所述检波和功率测量模块与目标模拟器信号连接，并且包括配置成对目标模拟器输出的微波信号进行接收和功率检波的检波子模块和配置成对检波电压的模数(ad)采样并计算获得输入信号的功率的功率测量子模块；伺服电机控制模块，配置成根据检波和功率测量模块输出的信号控制检波和功率测量模块中的天线的转动；信号处理与控制单元，配置成进行所述雷达模拟器的模拟雷达信号与测试设备的信号接口，读取检波与功率测量模块输出的信号以产生模拟指令和电压，并对伺服电机控制模块进行控制；和与所述信号处理与控制单元连通的模拟发射机，配置成在测试过程中输出与雷达频率一致的微波点频信号，并将所述微波点频信号输送到所述测试设备的捷变频信号源上。如此，本发明的实施例只采用一路接收机通道就可以完成目标模拟器喇叭天线角度位置测量。这种布置简化了系统设计，降低了设备成本。
19.图1是本发明的一个实施例的雷达模拟器的原理框图。如图1所示，该雷达模拟器包括检波和功率测量模块、信号处理与控制单元和伺服电机控制模块。所述检波和功率测量模块与目标模拟器信号连接，并包括检波子模块和功率测量子模块。检波子模块配置成对目标模拟器输出的微波信号进行接收和功率检波。功率测量子模块配置成对检波电压的ad采样并计算获得输入信号的功率。伺服电机控制模块配置成根据检波和功率测量模块输出的信号控制检波和功率测量模块中的天线的转动。信号处理与控制单元配置成进行所述雷达模拟器的模拟雷达信号与测试设备的信号接口，读取检波与功率测量模块输出的信号以产生模拟指令和电压，并对伺服电机控制模块进行控制。在实施例中，信号处理与控制单
元分别与检波和功率测量模块以及伺服电机控制模块连通，以对二者进行相应的控制。
20.在实施例中，如图2所示，所述雷达模拟器还包括模拟发射机，该模拟发射机配置成在测试过程中输出与雷达频率一致的微波点频信号，并将所述微波点频信号输送到所述真实测试设备的捷变频信号源上。输送到捷变频信号源上的信号经引导后生成相同频率的信号，并被传送到目标辐射喇叭，使检波和功率测量模块的接收信号的频率保持恒定。这样既模拟了雷达导引头完整的信号频率捷变跟踪过程，允许雷达模拟器能够使用真实的测试设备进行测试；又使得实际检波和功率测量模块的频率保持恒定，从而大大降低了系统设计难度和电路的复杂程度，并降低了成本。
21.图4是模拟发射机的组成框图。如图4所示，模拟发射机包括基准源、梳状谱发生器、滤波器、倍频器、射频开关。在一个示例中，基准源输出例如100mhz的高稳定度频率参考信号，经过梳状谱发生器产生100mhz频率参考信号的整数倍次谐波，之后经过滤波器滤除其它谐波成分，并输出频率为1.1ghz的11次谐波信号，再经过倍频器输出ka波段连续波信号，然后经过射频开关进行调制并输出模拟的ka波段脉冲调制雷达信号。
22.如图1和图2所示，所述检波子模块包括依次设置的抛物面天线、位于抛物面天线的焦点处的单模馈源(例如单喇叭单模馈源)、前置放大器、混频器、微波本振、放大器、滤波器和检波器。在实施例中，抛物面天线配置成将来自目标模拟器的微波信号聚焦到单模馈源处。在实施例中，单模馈源配置成将接收到的微波信号转换为圆波导te11模，并输出到前置放大器的输入端。在一个示例中，单喇叭单模馈源的口径与抛物面天线的焦距口径相匹配。在一个示例中，单喇叭单模馈源可以是圆锥喇叭，但也可以根据需要设置成其他任意合适的形状。在实施例中，前置放大器配置成对输入的微波信号进行放大并输出到混频器的输入端。在实施例中，混频器配置成将输入的微波信号与微波本振输出的微波本振信号进行混频，输出两者的差频信号以得到中频接收信号，并将所述中频接收信号输出到放大器的输入端。在实施例中，放大器配置成对所述中频信号进行放大并输出到滤波器的输入端。在实施例中，滤波器配置成对所述中频信号进行滤波以抑制带外信号并输出到检波器的输入端。在实施例中，检波器配置成对经过放大、滤波后的中频信号进行功率检波，并输出视频检波信号至功率测量子模块。
23.如图1和图2所示，所述功率测量子模块包括脉冲整形单元和模数采样转换器。脉冲整形单元配置成对来自所述检波器的视频检波信号进行脉冲整形，以获得检波脉冲。在一个示例中，脉冲整形单元将视频检波信号整形为矩形脉冲，例如脉冲整形单元可以采用多谐振荡器、施密特触发器或者单稳态触发器来实现，本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。模数(ad)采样转换器配置成在检波脉冲上升沿对来自所述检波器的视频检波信号进行采样转换，输出视频检波信号的幅度采样值，作为接收到的微波信号功率的测量值。
24.本发明的实施例采用抛物面天线、单喇叭单模馈源和单路微波接收机通道完成目标模拟器喇叭天线角度位置测量，从而简化了系统设计，降低了设备成本。
25.如图2所示，信号处理与控制单元配置成读取模数采样转换器输入的微波信号的功率值，同时输出天线指向控制的指令并传送到伺服电机控制模块；和所述伺服电机控制模块配置成根据输入的天线指向控制的指令控制天线转到所述天线指向控制的指令确定的方位角度。
26.图3是信号处理与控制单元电路的组成框图。如图3所示，信号处理与控制单元包括电源电路、继电器开关电路、数字接口电路、数模(da)转换电路、串行总线接口电路、多路采样电路、处理器(例如dsp芯片)和控制器(例如fpga芯片)。所述处理器通过串行总线接口电路分别与设置在指挥中心的综控机和控制台连接以接收和处理控制指令；所述处理器通过多路采样电路与所述检波器连接，在使用时所述处理器通过所述多路采样电路读取微波信号的功率值，同时将来自所述处理器的天线指向控制的指令输出到伺服电机控制模块；且所述处理器通过所述继电器开关和数字接口电路接收来自测试设备的测试信号。
27.在实施例中，所述天线指向控制的指令包括控制抛物面天线在第一角度范围内进行搜索和在第二角度范围内进行搜索的指令。在工作时，所述伺服电机控制模块控制抛物面天线在第一角度范围内以第一预定角速度进行搜索，且所述处理器将接收到的微波信号功率值与设定的第一功率值门限进行比较，以判断是否执行在第二角度范围内搜索的指令；当处理器判断执行在第二角度范围内搜索的指令时，所述伺服电机控制模块控制抛物面天线在第二角度范围内以第二预定角速度进行搜索，且所述处理器将接收到的微波信号功率值与设定的第二功率值门限进行比较，以判断所述抛物面天线是否在下一天线周期中继续在第二角度范围内进行搜索。在一示例中，所述第一角度范围大于第二角度范围。
28.相应地，所述雷达模拟器能够在第一角度搜索状态和第二角度搜索状态下工作。在第一角度搜索状态中，所述伺服电机控制模块控制天线在第一角度范围内以第一预定角速度(例如角速度设置为30度/秒)进行搜索，以获得所述测试设备的喇叭天线角度位置的初步测量结果，如图5所示。在所述第二角度搜索状态中，所述伺服电机控制模块控制天线在第二角度范围内以第一预定的角速度进行搜索，以获得所述测试设备的喇叭天线角度位置的跟踪测量结果，如图6所示。在实施例中，所述第一角度范围大于第二角度范围。在所图示的实施例中，所述第一角度范围包括
‑
90度至+90度的范围，所述第二角度范围包括
‑
5度至+5度的范围。但本领域技术人员清楚的是，本发明的实施例不限于此，也可以根据需要设置任何合适的角度范围。例如第一角度范围包括
‑
60度至+60度的范围，所述第二角度范围包括
‑
10度至+10度的范围，例如，
‑
4度～
‑
6度，或者
‑
3度～
‑
7度。
29.例如，在图5的上面两幅图中，在正负90度的角度搜索范围中进行搜索，并在第一角度例如0
°
处所对应的微波信号的功率的测量值最大，由此可以确定初步测量结果为0
°
的方位角。在图5的下面两幅图中，在正负90度的角度搜索范围中进行搜索，并在第二角度例如+5
°
处所对应的微波信号的功率的测量值最大，由此可以确定初步测量结果为+5
°
的方位角。例如，在图6的上面两幅图中，在
‑4°
至
‑6°
的角度搜索范围进行搜索，并在+1
°
处所对应的微波信号的功率的测量值最大，由此可以确定测量结果为+1
°
的方位角。在图6的下面两幅图中，在
‑3°
至
‑7°
的角度搜索范围进行搜索，并在+2
°
处所对应的微波信号的功率的测量值最大，由此可以确定测量结果为+2
°
的方位角。
30.在实施例中，在所述雷达模拟器处于第一角度搜索状态时，所述雷达模拟器自主控制天线在方位正负90度范围内以第一预定角速度且搜索角度中心位置为0度时搜索，当天线转动到正90(+90)度或负90(
‑
90)度的位置时，信号处理和控制模块控制伺服电机反向旋转，完成天线的周期性搜索。在一个示例中，搜索角度中心位置为0度为抛物面天线的指向方向与雷达模拟器的纵轴方向一致，且其与地面水平方向平行时的天线指向方向。
31.如图5所示，在雷达模拟器自主控制天线进行第一角度范围的搜索的同时，所述雷
达模拟器按照雷达重复间隔测量并记录接收到的微波信号的功率的测量值(即功率值)，如果完成一个搜索周期(即一个天线周期)的搜索，并且在一个搜索周期内接收到的微波信号的功率的测量值均超过预定的门限(即第一功率门限，例如功率为
‑
90dbm)，则雷达模拟器切换至第二角度搜索状态，否则继续进行新一个周期的第一角度搜索(即搜索角度中心位置仍继续以0度为中心进行新一天线周期搜索)。
32.如图5所示，在所述雷达模拟器处于第一角度搜索状态时，将一个搜索周期内微波信号的功率的测量值的最大值所对应的天线指向角度作为目标模拟器的喇叭天线角度位置的初步测量结果。
33.如图6所示，在所述雷达模拟器开始第二角度搜索状态时，所述第二角度范围以所述初步测量结果为中心，雷达模拟器控制抛物面天线在该中心的位置正负5度范围内以第二预定角速度(例如角速度设置为30度/秒)进行第二角度范围的周期性搜索，并按照雷达重复间隔测量并记录接收到的微波信号的功率的测量值，同时记录正负5度范围内一个搜索周期内微波信号的功率的测量值的最大值对应的天线指向角度，作为测试设备喇叭天线角度位置的跟踪测量结果，同时开始下一周期的第二角度范围搜索，下一周期搜索的第二角度范围以上一周期喇叭天线角度位置的跟踪测量结果为中心。在一个示例中，第一预定角速度与第二预定角速度可以设置为相同的角速度，也可以设置为不同的角速度，本领域技术人员可以根据需要进行相应的选择和设置。本实例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。
34.在实施例中，当所述雷达模拟器处于第二角度搜索状态时，如果在一个搜索周期内第二角度范围的搜索接收到的微波信号的功率均小于预定的门限(即第二功率门限)，则雷达模拟器重新切换至第一角度搜索状态。
35.在实施例中，当所述雷达模拟器处于第二角度搜索状态时，所述信号处理与控制单元在一个搜索周期内输出一次天线角度位置的测量结果，所述雷达模拟器将所述测量结果输出到所述真实的测试设备，作为对所述真实的测试设备的喇叭天线角度位置的响应输出数据。
36.下面结合雷达模拟器的结构和原理来进一步说明该模拟器的工作原理。
37.目标模拟器的喇叭天线发射微波脉冲信号，所述处理器向所述伺服电机控制模块发送天线指向控制指令，所述伺服电机控制抛物面天线以搜索角度中心位置为0的方位开始在第一角度范围(例如[
‑
90
°
，+90
°
]，如图5所示)内以第一预定角速度(例如30
°
/s)搜索目标(即搜索目标模拟器)。此时多路采样电路进行不断的重复间隔采样，获得了多个微波信号功率值。当抛物面天线在完成了一个天线周期的搜索时，获得的多个微波信号功率值没有均超过设定的第一功率门限(例如90dbm)，则所述处理器向所述伺服电机控制模块发送所述抛物面天线进入新一个天线周期且继续在第一角度范围内进行搜索的指令。在一个示例中，当第一角度范围为[
‑
90
°
，+90
°
]时，此时一个天线周期为抛物面天线从天线角度
‑
90
°
扫描至+90
°
，之后由天线角度+90
°
至
‑
90
°
，且搜索角度中心位置为0
°
。在一个示例中，搜索角度中心位置为0
°
时，抛物面天线的搜索与雷达模拟器的纵轴方向在一条直线上。
[0038]
当获得的多个信号功率值均超过设定的第一功率门限(例如功率值为+90dbm)时，则所述处理器向所述伺服电机控制模块发送抛物面天线进入在第二角度范围内搜索的指令，且所述处理器将多个微波信号功率值进行排序以获得第一最大功率值(如图5所示抛物
面天线指向喇叭天线时，喇叭天线位于抛物面天线的+5
°
方位角时功率值最大)，所述第一最大功率值所对应的抛物面天线指向角度(即抛物面天线指向喇叭天线时，喇叭天线位于抛物面天线的方位角的角度)作为抛物面天线在第二角度搜索范围内搜索时的搜索角度中心位置(例如以抛物面天线指向+5
°
时的位置作为在第二角度搜索范围内搜索时的搜索角度中心位置)。
[0039]
抛物面天线进入在第二角度范围(例如[
‑5°
，+5
°
])内搜索目标。所述抛物面天线以第一最大功率对应的抛物面天线指向角度作为搜索角度中心位置，以第二固定角速度(例如30
°
/s)搜索。所述多路采样电路通过不断地重复间隔采样，获得了多个微波信号功率值。当抛物面天线在完成一个天线周期搜索时，多个微波信号功率值没有均超过第二功率门限(例如
‑
90dbm)时，则所述处理器向所述伺服电机控制模块发送结束在第二角度范围内搜索的指令，并发送抛物面天线重新进入在第一角度范围内以搜索角度中心位置为0度进行搜索的指令。在一个示例中，当第二角度范围为[
‑5°
，+5
°
]时，此时一个天线周期为抛物面天线从天线角度
‑5°
扫描至+5
°
，之后由天线角度+5
°
至
‑5°
，且搜索角度中心位置为抛物面天线指向5
°
的方位。
[0040]
当多个微波信号功率值均大于第二功率门限(例如
‑
90dbm)时，所述处理器通过所述伺服电机控制模块控制抛物面天线进入下一天线周期并在第二角度范围内(例如[
‑5°
，+5
°
])继续搜索，且处理器将所述多个微波信号功率值排序以获得第二最大功率值(如图6所示在+1
°
时功率值最大)，所述第二最大功率值对应的抛物面天线指向角度作为在下一天线周期中抛物面天线在第二角度搜索范围内搜索时的搜索角度中心位置(例如图6所示，喇叭天线在位于抛物面天线的+1
°
时功率最大，在下一天线周期中抛物面天线指向+1
°
时的位置为搜索角度中心位置)。在下一天线周期中在第二角度范围内的搜索方法和判断方法与前述的抛物面天线在第二角度范围内进行目标搜索的搜索方法和判断方法完全相同，在此不再赘述。
[0041]
抛物面天线模拟对目标的搜索直至雷达模拟器模拟击中目标模拟器时，搜索终止。
[0042]
当抛物面天线接收到目标模拟器发射的电磁波时，通过单喇叭单模馈源进行整理，之后单喇叭单模馈源将整理后的微波信号转换为圆波导te11模，之后输出到前置放大器输入端。前置放大器对接收到的微波信号进行放大，输出到混频器输入端；混频器将输入的微波信号与微波本振输出的微波本振信号进行混频，输出两者的差频信号得到中频接收信号，之后输出到放大器输入端；放大器对中频信号进行放大，滤波器对中频信号进行滤波，抑制带外信号；检波器对经过放大、滤波后的中频信号进行功率检波，输出视频检波信号，分别输出到脉冲整形单元和ad采样转换器；脉冲整形单元对输入的视频检波信号进行脉冲整形，得到检波脉冲；ad采样转换器在检波脉冲上升沿对视频检波信号进行采样转换，输出视频检波信号的幅度采样值，作为接收到微波信号功率的测量值。
[0043]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。