一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，雷達接收機可以接收中頻信號，可通過處理得到信號的幅度和相位數據，即具有幅度和相位的測量功能，因此，由雷達模擬器的接收機配合后續的信號處理能夠代替頻譜儀和矢量網絡分析儀等傳統儀器測量得到通道中衰減器的衰減曲線和移相器的移相曲線，測試速度大幅提高，同時消除通道誤差，精度大幅提高，使模擬的目標點跡誤差值更趨向于設備的理論值，具有良好的應用前景。
【專利說明】一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，屬于雷達目標回波模擬【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雷達模擬設備是在實驗室真實再現雷達實際工作過程模擬，需要模擬的部分包括產生發射信號，產生目標回波信號，模擬天線波束合成，接收目標回波信號下變頻，模擬中頻接收與增益控制，在模擬的過程中需要由大量的衰減器與移相器實現對信號幅度、相位的模擬和控制，因此，雷達模擬設備的模擬精度與衰減器、移相器的精度密切相關，因此，在模擬實驗前需要標定雷達模擬設備中的大量衰減器與移相器，校準之后在進行模擬雷達工作。
[0003]雷達目標信號的通道模擬如圖1所示，由D/A產生中頻發射信號，目標回波模擬模塊根據需要模擬的目標位置數據調整回波的功率、相位、延時信息；然后信號到達波束合成模塊，功分成四路模擬雷達天線的和、方位差、俯仰差、旁瓣通道；再進入中頻接收通道模擬雷達接收機的接收增益控制模塊；最后進入A/D采樣，雷達信號處理得到回波信號的功率、相位、延時等信息，計算出目標位置，其中天線波束合成以及中頻接收模塊的示意圖如圖2所示。
[0004]調整回波的相位用到的基本幅相控制單元結構，如圖3所示，需要分別測定衰減器及移相器功率和相位特性。傳統的標定方法對幅度的測量采用頻譜儀測試，用程序遍歷每一個衰減器的程控碼，得到一組功率結果，得到的典型功率衰減曲線，如圖4所示，相位采用矢量網絡分析儀，用得到通道網絡的相位初始值，然后遍歷移相器的控制碼，得到一組相位結果，然后結合上述的頻譜儀測試結果與矢量網絡分析儀結果，得到最終的功率與衰減控制碼的對應關系以及相位和移向控制碼的對應關系，并在模擬試驗開始時導入已標定的功率與相位衰減碼規律表格，達到精確模擬目標與雷達功能的目的。
[0005]但是，上述的方法在目標通道數量較少時可以采用，但是對于具有幾十個通道的復雜雷達模擬系統不太適用，通道一次校準所需時間太長，校準后的通道在使用一段時間后隨著溫度和器件的老化，系統衰減特性與移向特性會改變，從而導致雷達模擬設備精度下降，進而影響模擬效果。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了克服現有技術校準所需時間太長，校準后的通道在使用一段時間后隨著溫度和器件的老化，系統衰減特性與移向特性會改變，從而導致雷達模擬設備精度下降，進而影響模擬效果的問題。本發明的用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，由雷達模擬器的接收機配合后續的信號處理代替頻譜儀和矢量網絡分析儀等傳統儀器測量通道中衰減器的衰減曲線和移相器的移相曲線，測試速度大幅提高，同時消除通道誤差，精度大幅提高，模擬的雷達目標點跡誤差值更趨向于設備的理論值，具有良好的應用前景。
[0007]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是:
[0008]一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:包括以下步驟，
[0009]步驟(1)，使用模擬雷達時用到的雷達脈沖信號作為測試信號，將測試信號做脈沖壓縮處理后，得到具有指定延時的目標信號；
[0010]步驟(2)，通過目標信號對雷達接收機的測量功能進行標定，根據測量的目標信號幅度相位標定接收機的功率修正值V和初始相位；
[0011]步驟(3)，對雷達模擬設備的目標回波模擬通道進行幅度相位特性測量，目標回波模擬通道包括相串聯的回波模擬模塊、天線波束合成模塊、中頻接收模塊，從中頻接收模塊逐級向前測量模擬通道的幅度相位特性，將測量得到的上一級幅度與相位結果代入確定下一級的幅度與相位，直到測量出最后一級回波模擬模塊的幅相特性曲線。
[0012]前述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(2)，通過目標信號對雷達接收機的測量功能進行標定，根據測量的目標信號幅度相位標定接收機的功率修正值V和初始相位的方法為，
[0013](1)得到具有指定延時的目標信號的時域信息，包括目標信號的峰值點的幅值X ;
[0014](2)根據公式(2)，得到接收機的功率修正值V，
[0015]P = 201og(X)+V (1)
[0016]其中，P為模擬雷達的模擬通道的功率；
[0017](3)根據脈沖壓縮算法計算得到接收機的初始相位theta。
[0018]前述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(3)，中頻接收模塊的幅度相位特性的測量方法如下，
[0019](1)將中頻接收模塊分為四段測試，每段動態范圍為30dB，依次對每段幅度相位特性進行測試；
[0020](2)控制模擬通道內回波模擬模塊、天線波束合成模塊的衰減器將信號控制在最小功率值；
[0021](3)使中頻接收模塊內的衰減器按照一定步進衰減,記錄下每一次衰減時的功率與相位反饋值，構成衰減量與相位的幅相特性表格；
[0022](4)將表格代入下一級天線波束合成模塊的幅度相位特性的測試。
[0023]前述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(3)，天線波束合成模塊的幅度相位特性的測量，包括以下步驟，
[0024](1)將天線波束合成模塊置在初始狀態，控制中頻接模塊使之處于雷達接收機工作范圍；
[0025](2)將衰減器逐漸衰減，記錄下每次衰減時的衰減控制碼、幅度以及相位；
[0026](3)保持衰減器在不衰減狀態，逐漸天線波束合成模塊內的移相器相位，記錄下每次移相時的移相控制碼、幅度以及相位，
[0027](4)將記錄的測試結果，減去中頻接模塊的變化量，得到回波模擬模塊的幅度相位特性曲線。
[0028]前述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(3)，回波模擬模塊的幅度相位特性的測量，包括以下步驟，
[0029](1)將回波模擬模塊置在初始狀態，控制中頻接模塊與天線波束合成模塊使之處于雷達接收機工作范圍；
[0030](2)將衰減器逐漸衰減，記錄下每次衰減時的衰減控制碼、幅度以及相位；
[0031](3)保持衰減器在不衰減狀態，逐漸移動回波模擬模塊內的移相器相位，記錄下每次移相時的移相控制碼、幅度以及相位，
[0032](4)將記錄的測試結果，減去天線波束合成模塊的變化量，得到回波模擬模塊的幅度相位特性曲線。
[0033]本發明的有益效果是:本發明的用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，雷達接收機可以接收中頻信號，除了可以處理得到目標距離、方位、俯仰等點跡數據外，還可通過處理得到信號的幅度和相位數據，即具有幅度和相位的測量功能，因此，由雷達模擬器的接收機配合后續的信號處理能夠代替頻譜儀和矢量網絡分析儀等傳統儀器測量得到通道中衰減器的衰減曲線和移相器的移相曲線，測試速度大幅提高，同時消除通道誤差，精度大幅提高，模擬后目標點跡的誤差值更趨向于設備的理論值，具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1是模擬雷達的模擬通道的系統框圖。
[0035]圖2是天線波束合成模塊和中頻接收模塊的結構圖。
[0036]圖3是傳統的幅相控制單元的示意圖。
[0037]圖4是衰減器衰減曲線的示意圖。
[0038]圖5是本發明的用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039]下面將結合說明書附圖，對本發明作進一步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0040]本發明的用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，雷達接收機可以接收中頻信號，除了可以處理得到目標距離、方位、俯仰等點跡數據外，還可通過處理得到信號的幅度和相位數據，即具有幅度和相位的測量功能，因此，由雷達模擬器的接收機配合后續的信號處理能夠代替頻譜儀和矢量網絡分析儀等傳統儀器測量得到通道中衰減器的衰減曲線和移相器的移相曲線，測試速度大幅提高，同時消除通道誤差，精度大幅提高，模擬后目標點跡的誤差值更趨向于設備的理論值，如圖5所示，包括以下步驟，
[0041]步驟(I)，根據模擬雷達用到的雷達脈沖信號作為測試信號，將測試信號做脈沖壓縮處理后，得到具有指定延時的目標信號，如采用功率為-1OdBm, 200公里處脈寬為1us帶寬1MHz的回波信號作為測試信號，脈沖壓縮處理后，得到具有指定延時的目標信號；
[0042]步驟(2)，通過目標信號對雷達接收機的測量功能進行標定，根據測量的目標信號幅度相位標定接收機的功率修正值V和初始相位，計算方法，
[0043](I)得到具有指定延時的目標信號的時域信息，包括目標信號的峰值點的幅值X ;
[0044](2)根據公式(2)，得到接收機的功率修正值V，
[0045]P = 201og(X)+V (I)
[0046]其中，P為模擬雷達的模擬通道的功率；
[0047]接收機的初始相位theta，由脈沖壓縮算法計算，得到被測信號的相位初始值。
[0048]步驟(3)，對模擬雷達的模擬通道進行幅度相位特性測量，模擬通道包括相串聯的回波模擬模塊、天線波束合成模塊、中頻接收模塊，從中頻接收模塊逐級上前測量模擬通道的幅度相位特性，將測量得到的上一級幅度與相位結果代入確定下一級的幅度與相位，直到測量出最后一級回波模擬模塊的幅相特性曲線。
[0049]其中，中頻接收模塊的幅度相位特性的測量方法如下，
[0050](1)由于雷達接收機的有效動態范圍大約為30dB，而中頻接收模塊的動態超過120dB，因此需要將中頻接收分為四段測試，將中頻接收模塊分為四段測試，每段動態范圍為30dB，依次對每段幅度相位特性進行測試；
[0051](2)控制模擬通道內回波模擬模塊、天線波束合成模塊的衰減器將信號控制在最小功率值；
[0052](3)使中頻接收模塊內的衰減器按照一定步進衰減,記錄下每一次衰減時的功率與相位反饋值，構成裳減量與相位的表格；
[0053](4)將表格代入下一級天線波束合成模塊的幅度相位特性的測試。
[0054]天線波束合成模塊的幅度相位特性的測量，包括以下步驟，
[0055](1)將天線波束合成模塊置在初始狀態，控制中頻接模塊使之處于雷達接收機工作范圍；
[0056](2)將衰減器逐漸衰減，記錄下每次衰減時的衰減控制碼、幅度以及相位；
[0057](3)保持衰減器在不衰減狀態，逐漸天線波束合成模塊內的移相器相位，記錄下每次移相時的移相控制碼、幅度以及相位，
[0058](4)將記錄的測試結果，減去中頻接模塊的變化量，得到回波模擬模塊的幅度相位特性曲線。
[0059]回波模擬模塊的幅度相位特性的測量，包括以下步驟，
[0060](1)將回波模擬模塊置在初始狀態，控制中頻接模塊與天線波束合成模塊使之處于雷達接收機工作范圍；
[0061](2)將衰減器逐漸衰減，記錄下每次衰減時的衰減控制碼、幅度以及相位；
[0062](3)保持衰減器在不衰減狀態，逐漸移動回波模擬模塊內的移相器相位，記錄下每次移相時的移相控制碼、幅度以及相位，
[0063](4)將記錄的測試結果，減去天線波束合成模塊的變化量，得到回波模擬模塊的幅度相位特性曲線。
[0064]本發明測試后的數據有兩種，分別為衰減器衰減原始數據，內容為衰減量對應到幅度相位數據列表；移相器移相原始數據，內容為移相碼對應到幅度相位數據列表，將衰減器原始數據轉換到衰減量(相對功率)與衰減碼對應表格，包含衰減導致的相位變化數據；將移相器原始數據轉換到移相值與移相碼的對應關系表格，包含移相導致的幅度變化數據，使用時將表格導入，用于模擬目標的幅度相位，由于移相器和衰減器之間具有耦合效應，移相時會導致功率的變化，衰減時又會導致相位變化，并且變化量不可忽略，可采用迭代計算方式去耦合，得到精確的相位和幅度控制量，迭代計算方式去耦合的過程為，對原始的幅度與相位特性做簡單處理后得到單調的幅度控制量與控制碼的對應關系以及相位控制量與控制碼的對應關系，
[0065]衰減器特性:pow= SI (cl, phase),移相器特性:phase = S2 (c2, pow)
[0066]Cl、c2為幅度控制量、相位控制量，使用時需要將通道置于確定的功率與相位上，可根據功率計算出衰減器控制值，根據之前得到的特性曲線，得到相位的變化量與設定相位的差值，根據此差值得到移相器的控制量，移相器帶來的幅度變化量與設定值之間的差值作為第二次計算的依據得到新的衰減控制碼與相位變化量，依次迭代三次左右可得到精確的幅度控制碼與相位控制碼。
[0067]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟(1)，使用模擬雷達時用到的雷達脈沖信號作為測試信號，將測試信號做脈沖壓縮處理后，得到具有指定延時的目標信號； 步驟(2)，通過模擬的目標回波信號對雷達接收機的測量功能進行標定，根據測量的目標回波信號幅度相位標定接收機的功率修正值V和初始相位； 步驟(3),對雷達模擬設備的目標模擬通道進行幅度相位特性測量，目標模擬通道包括相串聯的回波模擬模塊、天線波束合成模塊以及中頻接收模塊，從中頻接收模塊逐級向前測量模擬通道的幅度相位特性，將測量得到的上一級幅度與相位結果代入確定下一級的幅度與相位，直到測量出最后一級回波模擬模塊的幅相特性曲線。
2.根據權利要求1所述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(2),通過目標信號對雷達接收機的測量功能進行標定，根據測量的目標信號幅度相位標定接收機的功率修正值V和初始相位的方法為， (1)得到具有指定延時的目標信號的時域信息，包括目標信號的峰值點的幅值X； (2)根據公式(2),得到接收機的功率修正值V， ？ = 2010^(^)+7 (1) 其中，？為模擬雷達的模擬通道的功率； (3)根據脈沖壓縮算法計算得到接收機的初始相位1:1161:21。
3.根據權利要求1所述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(3)，中頻接收模塊的幅度相位特性的測量方法如下， (1)將中頻接收模塊分為四段測試，每段動態范圍為30(18，依次對每段幅度相位特性進行測試； (2)控制模擬通道內回波模擬模塊、天線波束合成模塊的衰減器將信號控制在最小功率值； (3)使中頻接收模塊內的衰減器按照一定步進衰減，記錄下每一次衰減時的功率與相位反饋值，構成衰減量與相位的表格； (4)將中頻測試得到的幅度相位特性結果代入下一級天線波束合成模塊的幅度相位特性的測試。
4.根據權利要求1所述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(3)，天線波束合成模塊的幅度相位特性的測量，包括以下步驟， (1)將天線波束合成模塊置在初始狀態，控制中頻接模塊使之處于雷達接收機工作范圍； (2)將衰減器逐漸衰減,記錄下每次衰減時的衰減控制碼、幅度以及相位； (3)保持衰減器在不衰減狀態，逐漸移動天線波束合成模塊內的移相器相位，記錄下每次移相時的移相控制碼、幅度以及相位， (4)將記錄的測試結果，減去中頻接模塊的變化量，得到回波模擬模塊的幅度相位特性曲線。
5.根據權利要求1所述的一種用于雷達模擬設備的閉環幅相測試方法，其特征在于:步驟(3)，回波模擬模塊的幅度相位特性的測量，包括以下步驟， (1)將回波模擬模塊置在初始狀態，控制中頻接模塊與天線波束合成模塊使之處于雷達接收機工作范圍； (2)將衰減器逐漸衰減,記錄下每次衰減時的衰減控制碼、幅度以及相位； (3)保持衰減器在不衰減狀態，逐漸移動回波模擬模塊內的移相器相位，記錄下每次移相時的移相控制碼、幅度以及相位， (4)將記錄的測試結果，減去天線波束合成模塊的變化量，得到回波模擬模塊的幅度相位特性曲線。
【文檔編號】G01S7/40GK104407334SQ201410768321
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】孫永飛, 朱永前 申請人:南京長峰航天電子科技有限公司