阅读说明：本技术 一种相控阵雷达目标回波信号模拟系统 (Phased array radar target echo signal simulation system ) 是由 王斌 关文硕 刘庆保 李代松 胡志友 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种相控阵雷达目标回波信号模拟系统,模拟系统包括射频信号下变频单、射频信号上变频单元、中频信号处理单元等。系统工作时,如果接收到雷达发射信号,则采集雷达中频信号,进行信号测量,存储雷达信号并叠加延时、多普勒信息,生成相参导引的目标回波信号和高度回波信号；如果主动产生信号,则根据生成信号类型,将基带SAR回波数据数字上变频为SAR中频回波信号,或主动产生线性调频信号,或主动产生中频点频连续被信号。本发明能够在单台设备中综合一体化地模拟SAR回波、相参导引信号等多种目标回波信号形式,监测并显示雷达信号参数。(The invention discloses a phased array radar target echo signal simulation system which comprises a radio frequency signal down-conversion unit, a radio frequency signal up-conversion unit, an intermediate frequency signal processing unit and the like. When the system works, if a radar transmitting signal is received, acquiring a radar intermediate frequency signal, performing signal measurement, storing the radar signal, superposing delay and Doppler information, and generating a target echo signal and a height echo signal which are guided coherently; if the signal is actively generated, the baseband SAR echo data is digitally up-converted into an SAR intermediate frequency echo signal according to the type of the generated signal, or a linear frequency modulation signal is actively generated, or an intermediate frequency dot frequency continuous signal is actively generated. The invention can comprehensively and integrally simulate various target echo signal forms such as SAR echo, coherent guidance signals and the like in a single device, and monitor and display radar signal parameters.)

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进一步描述。

如图1所示，本发明提供一种相控阵雷达目标回波信号模拟系统，基于FPGA实现，拥有统一的中频信号处理单元104、系统控制单元108、频率综合单元103、射频信号下变频单101、射频信号上变频单元102，以及人机交互软件109。

所述相控阵雷达目标回波信号模拟系统具备相控阵雷达信号相参导引功能，具备产生SAR回波信号功能，具备产生线性调频信号功能，具备产生点频信号功能，具备高度回波信号模拟功能，具备信号测量功能，能够实现相控阵对海目标跟踪、目标搜索、对陆成像、对陆测高等功能的测试，能够满足相控阵雷达多功能多任务的测试需求，实现多幅场景回波信号的顺序播放或选择播放。

如图1所示，相控阵雷达目标回波信号模拟系统各模块单元功能如下：

射频信号下变频单元101，用于接收相控阵雷达发射的射频信号，通过混频、放大、滤波、衰减等得到功率稳定中频信号；

射频信号上变频单元102，用于通过混频、放大、滤波、衰减、稳幅等得到功率准确可调的射频回波信号，发送给相控阵雷达射频回波信号；

频率综合单元103，用于产生频率可变的本振信号，适应相控阵雷达信号频率捷变的需要；

中频信号处理单元104，是多体制目标回波信号产生的核心部分，用于产生相控阵雷达相参导引的目标中频回波信号、产生SAR回波中频信号、产生中频线性调频信号、产生中频点频信号、产生高度模拟中频回波信号，用于测量雷达发射信号参数。

所述中频信号处理单元104包括接收采集模块105、计算模块106和信号生成模块107。接收采集模块105，用于对雷达中频信号进行数字采样，通过模数转换并进行存储；计算模块106，用于测量雷达中频信号的频率、脉宽、重频等参数，根据所述雷达中频信号计算获得所述雷达射频信号的波长，并根据所述信号波长和所述目标运动速度计算得到多普勒频率值；根据线性调频斜率，计算生成的线性调频信号带宽；信号生成模块107，根据SAR基带回波数据产生数字上变频，产生SAR回波中频信号，通过数模转换产生中频线性调频信号、中频点频信号。

系统控制单元108，用于对雷达中的射频信号下变频单元、射频信号上变频单元、频率综合单元等实时控制，以及控制信号的产生；人机交互软件109，用于人机交互操作，实现对系统功能模式、频率、功率、延时、带宽、脉宽、信号开关等选择控制和参数设置。

系统工作时射频信号下变频单元101接收相控阵雷达射频信号，根据系统控制单元108的计算控制，频率综合单元103设置本振频率值，射频信号下变频单元产生的雷达中频信号进入中频信号处理单元104，根据人机交互软件109功能模式的选择,进行信号参数计算，产生相应的中频信号，进入射频信号上变频单元102，产生射频的相控阵雷达目标回波信号。

根据功能模式配置，相控阵雷达目标回波信号模拟系统分为接收雷达发射信号的工作模式，和主动产生信号的模式。接收雷达发射信号的模式，能够产生相参导引的目标回波信号、高度模拟的回波信号和测量雷达信号；主动产生信号的模式，能够产生SAR回波信号、线性调频连续波信号和点频信号。利用单台设备综合一体化地回波信号模拟产生的多种体制的目标回波信号，满足相控阵的测试需要。

所述中频信号处理单元104根据功能模式的选择和信号参数计算，产生相应的中频信号，具体如下：

如图5所示，中频信号处理单元104检测是否接收到相控阵雷达发射信号或者主动产生信号。

如果接收到雷达发射信号，

当设置为相参导引模式时，叠加目标延时、多普勒信息，产生相参导引的目标回波信号；

当设置为高度回波模拟模式，设置目标高度值，产生高度回波信号；

当设置为信号测量模式，测量得到信号频率、脉宽、重频等参数值。

如果主动产生信号，

当设置为产生SAR回波信号模式，加载基带SAR回波数，设置SAR回波参数，接收同步触发信号，产生射频SAR回波信号；

当设置为产生线性调频信号模式，设置线性调频信号参数，接收同步触发信号，产生射频线性调频信号；

当设置为产生点频信号模式，设置点频信号参数，主动产生点频信号。

基于相控阵雷达目标回波信号模拟系统，本发明提供一种射频SAR目标回波信号模拟方法，具体实施流程如图2所示。

步骤S301、通过人机交互软件109，根据需要的图像特征预先制作基带SAR回波数据，加载SAR基带回波数据，SAR回波数据格式满足采样率和存储格式要求。

步骤S302、通过人机交互软件109设置目标回波模拟的频率、功率等参数，以及SAR回波数据的数据大小、场景序号、播放延时等参数值。

步骤S303、系统工作时射频信号下变频单元101接收相控阵雷达射频信号，中频信号处理单元104通过射频存储技术来采集、处理和转发雷达发射信号并存储在图像处理器存储器中，根据生成信号类型，将基带SAR回波数据通过数字上变频为SAR中频回波信号，或主动产生线性调频信号，或主动产生中频点频信号。

步骤S304、中频信号处理单元104根据外部同步信号触发和延时值设置，实时输出SAR目标中频回波信号。

步骤S305、通过人机交互软件109选择播放场景参数，选择播放的SAR图像起始序号和图像数量，能够顺序播放或选择播放多个场景的SAR回波信号，实现雷达成像功能的测试，以及多场景多模式连续成像的测试。

步骤S306、系统控制单元108进行设置频率综合单元103的本振频率，供给射频信号上变频单元102，并进行射频信号上变频单元102功率控制，设置为信号线性放大输出，产生射频SAR目标中频回波信号。

本实施例提供的相控阵雷达目标回波信号模拟的产生SAR回波信号功能，能够与雷达成像的运动轨迹、成像参数配置、工作模式相一致，在同步触发的配合下，实时发送射频SAR回波信号给相控阵接收机及信号处理系统，满足相控阵实时成像的处理要求，并且能够进行多场景的连续播放，输出不同SAR成像模式、不同场景的回波信号，从而全面验证雷达的SAR成像功能。

进一步的，所述SAR目标回波生成，具有频率跳变的功能。

SAR回波信号的中心频率可以根据同步触发信号，相邻脉冲信号在两个频率上来回变化，可设置跳变频率值，跳变频率相差值可在300MHz之内设置。此时，产生的SAR回波信号，被处理成更宽带宽的信号，能够提高分辨能力。SAR目标回波信号模拟的频率跳变的功能，是通过相邻脉冲回波信号选择不同的本振源实现的，在外部同步信号的触发下，交替选择本振源，从而产生频率跳变的SAR回波信号。

频率跳变功能的SAR目标回波信号模拟方法实施流程图，如图3所示。

步骤S311、通过人机交互软件109，加载频率跳变模式下的SAR基带回波数据；

步骤S312、通过人机交互软件109，设置目标回波信号频率、功率、数据大小、播放延时等参数，以及跳变频率值等；

步骤S313、频率综合单元103按跳变频率值在FPGA内部产生数字本振源；

步骤S314、中频信号处理单元104接收同步触发信号；

步骤S315、系统控制单元108判断是否为第奇数个同步脉冲，即1，3，5，...；

步骤S316、若是第奇数个脉冲，则，中频信号处理单元104对SAR回波数据进行数字上变频处理，得到当前脉冲下中频的SAR目标回波信号；

步骤S317、若不是第奇数个脉冲，同步脉冲为第偶数个，即2，4，6，...，则，中频信号处理单元104对SAR回波数据进行数字上变频处理，并与频率综合单元103产生的数字本振源混频，产生当前脉冲下跳变频率的中频SAR目标回波信号；

步骤S318、按同步触发信号，中频信号处理单元104根据播放延时实时交替输出设定中频和调频频率的SAR目标回波信号；

步骤S319、系统控制单元108进行射频信号上变频单元102功率控制，产生射频频率跳变的SAR目标回波信号。

进一步的，SAR目标回波信号模拟生成方法，可以连续产生不同体制、工作模式、目标场景的SAR目标回波信号，从而适应被测雷达对不同回波信号类型的需要，满足全弹道仿真测试时，雷达工作模式、观测场景变化情况下连续成像的需要。

不同体制、模式、场景的SAR目标回波信号连续生成方法实施流程图，如图4所示。

步骤S321、通过SAR回波信号模拟软件预先生成不同体制、工作模式、目标场景的SAR目标回波基带数据，按播放顺序合并生成一个数据文件；

步骤S322、系统控制单元108加载上述生成的多场景SAR基带回波数据合并文件；

步骤S323、通过人机交互软件109设置各场景SAR回波数据的数据大小，以及播放场景序号、场景数、播放延时等参数值；

步骤S324、中频信号处理单元104产生中频SAR目标场景回波信号；

步骤S325、中频信号处理单元104接收同步触发信号，根据同步触发信号时序控制，连续输出各场景的SAR回波信号；

步骤S326、系统控制单元108进行射频信号上变频单元102功率控制，连续产生各场景的射频SAR回波信号。

打包合成一个数据文件后下载，设置数据文件参数和播放场景参数，在外部同步信号的触发和时序控制下，从而顺利播放或选择播放产生不同模式、不同体制、不同场景的SAR目标回波信号。

基于相控阵雷达目标回波信号模拟系统，本发明提供一种多体制多任务的一体化目标回波信号模拟方法。

该方法能够综合模拟多种雷达体制的目标回波信号，包括相参导引信号、高度回波信号等，具备雷达信号相参导引功能，具备频率捷变功能，具备产生线性调频信号功能，具备产生点频信号功能，具备高度回波信号模拟功能，具备信号测量功能。适用于相控阵多体制、多功能的测试。能够实现相控阵对海目标跟踪、目标搜索、对陆成像、对陆测高等功能的测试，能够满足相控阵雷达多功能多任务的测试需求，实现多幅场景回波信号的顺序播放或选择播放。

选择雷达信号相参导引功能，具体实施流程如图6所示。

步骤S201、接收相控阵雷达发射的射频信号；

步骤S202、通过人机交互软件109设置目标回波模拟的中心频率、功率、目标延时、延时终点、速度等参数值；

步骤S203、频率综合单元103根据中心频率、频率测量值，设置频率综合单元103的本振频率率，以及射频信号上变频单元101、射频信号下变频单元102的频率选择通道；

步骤S204、射频信号下变频单元101接收雷达发射的射频信号并下变频处理得到中频信号，一路进入射频下变频单元101中的检波模块，一路进入射频下变频单元101中的测频模块，一路进入中频信号处理单元104；检波模块确定接收信号的脉冲起始和结束时刻；测频模块测量下变频后的频率值，并设置跟踪本振和滤波器组频段，使雷达中频信号落入中频信号处理单元104带宽内。利用检波触发信号，中频信号处理单元104采集雷达中频信号；

步骤S205、中频信号处理单元104根据目标速度值，计算信号多普勒频率值，叠加设置目标的固定延时值、变化延时值、多普勒频率值、速度多普勒值、多目标信号等信息，然后输出目标信息调制后的相参的中频目标回波信号；

步骤S206、调制后的中频目标回波信号，进入射频信号上变频单元102，通过放大、滤波、稳幅，输出射频的相参导引信号。

本实施例提供的相参导引功能，能够产生与相控阵发射信号相参的目标回波信号，具备目标延时扫的功能，目标距离可由远到近或由近到远的运动，输出功率也可以根据雷达方程按照目标距离实现动态变化，实现对雷达脉冲压缩、目标搜索、目标跟踪，以及角度跟踪等功能的测试。

选择线性调频信号功能，具体实施流程如图7所示。

步骤S401、通过人机交互软件109设置目标回波模拟的频率、功率等参数，以及线性调频信号的带宽、脉宽、延时等参数；

步骤S402、中频信号处理单元104根据带宽、脉宽计算线性调频信号的调频斜率，计算得到一个脉冲的中频线性调频信号。

步骤S403、中频信号处理单元104接收相控阵雷达同步触发信号，根据播放延时实时输出线性调频信号，线性调频信号的重复频率受外同步触发信号控制；

步骤S403、中频线性调频信号进入射频信号上变频单元102，根据设置功率值，系统控制单元108进行射频信号上变频单元102功率控制，产生射频的线性调频信号。

本实施例提供产生线性调频信号功能，能够发送标准的射频线性调频信号，使相控阵进行脉冲压缩处理，验证距离向脉压的目标识别功能，以及SAR成像处理算法中的距离向聚焦功能。

选择产生点频信号功能，具体实施流程如图8所示。

步骤S501、人机交互软件109设置为主动产生点频信号功能模式，设置回波模拟的频率、功率等参数，以及点频信号的调制开关选项，及其脉宽、周期数；

步骤S502、中频信号处理单元104主动产生中频的点频连续波信号；

步骤S503、系统控制单元108控制点频信号的调制关闭时，根据设定频率值，输出射频的点频连续波信号；

步骤S504、系统控制单元108控制点频信号的调制打开时，根据脉宽和周期控制调制器，输出脉冲调制的射频点频信号。

本实施例提供的产生点频信号功能，能够产生点频连续波信号和脉冲调制的点频信号，实现标准信号源的功能。

选择高度回波功能，具体实施流程如图9所示。

步骤S601、射频信号下变频单元101接收相控阵雷达发射的射频信号；

步骤S602、人机交互软件109设置目标回波模拟的频率、功率、目标高度值等参数；

步骤S603、频率综合单元103根据频率，设置频率综合单元的本振频率值，以及射频信号上变频单元、射频信号下变频单元的频率选择通道；

步骤S604、中频信号处理单元104采集存储雷达发射的中频信号；

步骤S605、中频信号处理单元104根据目标高度值，计算信号延时值，产生叠加目标延时的中频回波信号；

高度回波信号模拟器包括点目标高度回波信号模拟和场景高度回波信号模拟；点目标高度回波信号模拟，使用相参导引功能，设置目标高度对应的延时值，接收雷达发射信号，利用相参导引，产生点目标高度回波信号；场景高度回波信号模拟，使用SAR回波产生功能，加载基带场景高度回波信号，设置高度延时值，接收同步触发信号，产生场景高度回波信号。

步骤S606、系统控制单元108进行射频信号上变频单元102功率控制，产生射频回波信号。

本实施例提供的相控阵雷达目标回波信号模拟的高度信号模拟功能，能够产生高度连续步进的目标高度模拟回波信号，能够满足相控阵发射信号为线性调频连续波的目标高度回波信号模拟，满足雷达连续测高的测试要求。

信号测量功能，通过对接收信号进行频率、脉冲宽度、脉冲重频等参数的测量，具有对接收信号的实时监测能力，能够及时发现接收信号的异常状态，同时，通过监测信号的存储读取功能，也利用测试后的数据分析和故障排查，提高解决问题的效率。信号测量方法的实施过程如图11所示。

首先，接收相控阵雷达发射的射频信号，进行射频下变频处理后功分3路；一路进行射频检波，得到调制脉冲信号，系统控制单元测量脉冲信号，得到信号的脉冲宽度、脉冲重复频率值；一路进行测频，并设置本振源频率；另一路与设置本振源下变频混频处理，得到中频信号，进入中频信号处理单元，通过采集雷达发射的中频信号，测量中频频率值，然后根据设置的本振源频率值，计算得到射频信号频率值；最后，在显控软件上自动实时更新监测到的射频信号频率、脉冲宽度、脉冲重复频率的测量值。

选择信号测量功能，具体实施流程如图10所示。

步骤S701、射频信号下变频单元101接收相控阵雷达发射的射频信号；

步骤S702、人机交互软件109设置目标回波模拟的中心频率，根据中心频率，设置频率综合单元的本振频率值；

步骤S703、系统控制单元108对雷达射频信号进行检波，根据检波脉冲，测量得到信号的脉冲宽度、脉冲重复频率值；

脉宽测量，根据射频检波信号的脉冲前沿和后沿时间差，计算雷达信号的脉宽值；重频测量，根据射频检波信号的多个脉冲前沿时间差，计算雷达信号的周期值，取倒数得到重频值。

步骤S704、中频信号处理单元104采集雷达发射的中频信号，测量中频频率值，并根据频率综合单元103本振值，计算得到射频信号频率值；

步骤S705、在人机软件109上自动更新射频信号频率、脉冲宽度、脉冲重复频率的测量值。

本实施例提供的信号测量功能，能够实时监测相控阵发射信号的关键参数，并具有记录存储功能，在测试过程中根据信号监测信息，能够及时判断雷达的工作状态，了解雷达工作流程和工作模式的切换，对测试过程中及故障定位和诊断提供数据支撑。