一種雷達(dá)場(chǎng)景模擬器校準(zhǔn)方法

楊 露 盛永鑫 陶成忠

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 合肥 230088)

0 引言

雷達(dá)場(chǎng)景模擬器可以模擬多個(gè)方向、多個(gè)輻射源產(chǎn)生的合成電磁信號(hào),為驗(yàn)證雷達(dá)在實(shí)際工作情況下的性能提供復(fù)雜電磁信號(hào)。由于雷達(dá)場(chǎng)景模擬器使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)脈沖丟失、虛假脈沖、頻率偏移、復(fù)雜信號(hào)識(shí)別率偏差過(guò)大等現(xiàn)象,從而影響雷達(dá)作戰(zhàn)效能的驗(yàn)證結(jié)果真實(shí)性,因此必須進(jìn)行校準(zhǔn)。雷達(dá)場(chǎng)景模擬器存在信號(hào)數(shù)量多、頻率范圍寬、信號(hào)樣式復(fù)雜、信號(hào)密度高等特點(diǎn)。受存儲(chǔ)深度,處理速度等方面的限制雷達(dá)場(chǎng)景模擬器在高密度脈沖流(脈沖流密度高達(dá)百萬(wàn)級(jí)每秒)下的頻率、幅度、相位差、脈沖調(diào)制參數(shù)等復(fù)雜信號(hào)測(cè)量識(shí)別等校準(zhǔn)難題,普通測(cè)試儀表無(wú)法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量校準(zhǔn)。

本文探索一種新型的基于信道化接收機(jī)和復(fù)雜信號(hào)分選識(shí)別技術(shù)的雷達(dá)場(chǎng)景模擬器校準(zhǔn)方法,以尋求解決高密度脈沖流情況下頻率、幅度、相位差、脈沖調(diào)制參數(shù)和頻率捷變、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相、重頻參差等復(fù)雜信號(hào)測(cè)量、識(shí)別、驗(yàn)證等問(wèn)題。

1 雷達(dá)場(chǎng)景模擬器特點(diǎn)及校準(zhǔn)方法介紹

雷達(dá)有線測(cè)試階段,雷達(dá)場(chǎng)景模擬器可生成多個(gè)自定義的雷達(dá)模擬信號(hào),信號(hào)形式多樣、測(cè)量參數(shù)多、信號(hào)密度大,因此對(duì)校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)裝置都有非常高的要求,校準(zhǔn)難度大。

基于模擬器以上特點(diǎn),為了對(duì)其進(jìn)行快速準(zhǔn)確的校準(zhǔn),本文提出了一種基于信道化接收機(jī)和復(fù)雜信號(hào)分選識(shí)別技術(shù)的雷達(dá)場(chǎng)景模擬器校準(zhǔn)方法。該方法主要由數(shù)?；旌闲诺阑邮蘸托盘?hào)分選處理兩部分組成,在偵察雷達(dá)領(lǐng)域應(yīng)用較多,在儀器儀表設(shè)計(jì)及計(jì)量校準(zhǔn)領(lǐng)域未曾使用。

圖1 基于信道化接收機(jī)和復(fù)雜信號(hào)分選識(shí)別技術(shù)的雷達(dá)場(chǎng)景模擬器校準(zhǔn)方法原理圖

由于在脈沖密度比較大的時(shí)候?qū)?huì)出現(xiàn)重疊的情況,因此脈沖同時(shí)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)候,普通的測(cè)量接收機(jī)只能對(duì)第一個(gè)信號(hào)檢測(cè),同時(shí)接收機(jī)在接收脈沖信號(hào)的時(shí)候出現(xiàn)暫時(shí)性屏蔽現(xiàn)象,導(dǎo)致無(wú)法接收到脈沖信號(hào),造成脈沖丟失[1]。因此這里采用信道化技術(shù),該技術(shù)具有全概率接收和多信號(hào)同時(shí)處理能力。通過(guò)對(duì)大的處理帶寬進(jìn)行均勻的信道化分,不僅解決了寬帶信號(hào)的接收難題,還實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路同時(shí)到達(dá)信號(hào)的采集處理。

對(duì)于信道化后的參數(shù)編碼處理(形成脈沖描述字PDW),再研究新型的小波脊線-PRI信號(hào)識(shí)別法對(duì)信道化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,利用PXI總線將分析后的數(shù)據(jù)以脈沖描述字的形式存儲(chǔ)到主控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中,以滿足實(shí)時(shí)快速傳輸及存儲(chǔ)的需求。

該方法的提出,可實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)場(chǎng)景模擬器進(jìn)行快速準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。

2 數(shù)?；旌闲诺阑邮占夹g(shù)研究

高密度流環(huán)境下的復(fù)雜信號(hào)測(cè)量接收機(jī)主要有模擬信道化接收機(jī)與數(shù)字信道化接收機(jī)。模擬信道化接收機(jī)綜合了超外差和多通道接收機(jī)的長(zhǎng)處,具有高靈敏度和信號(hào)全接收能力,抗干擾能力強(qiáng)[6]。數(shù)字信道化接收機(jī)方法,參考模擬信道化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)原理,通過(guò)數(shù)字方法構(gòu)造濾波器組,將接收帶寬劃分為多個(gè)子信道,相當(dāng)于將多個(gè)數(shù)字接收機(jī)并行,然后對(duì)所有信道的輸出進(jìn)行數(shù)字處理,數(shù)字化的數(shù)據(jù)易于保存,可以進(jìn)行多次分析處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)參數(shù)的測(cè)量,具有較高的測(cè)頻精度和穩(wěn)定性,多信號(hào)適應(yīng)能力強(qiáng),同時(shí)數(shù)字信道化接收機(jī)集成度很高,體積小,重量輕,應(yīng)用廣泛[3][5]。

本項(xiàng)目是解決高密度脈沖流下的頻率、幅度、相位差、脈沖調(diào)制參數(shù)和頻率捷變、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相、重頻參差等參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)量和復(fù)雜信號(hào)識(shí)別等校準(zhǔn)難題。模擬信道化接收機(jī)受到實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器帶寬不能極窄的限制,其測(cè)頻精度等不能滿足校準(zhǔn)要求。數(shù)字信道化接收機(jī)受ADC采樣速率和后端信號(hào)處理速度的影響,信號(hào)識(shí)別率與校準(zhǔn)需求有一定差距。

參考模擬信道化接收機(jī)和數(shù)字信號(hào)化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)原理,充分利用模擬信道化接收機(jī)和數(shù)字信號(hào)化接收機(jī)優(yōu)點(diǎn),提出模數(shù)混合信道化接收思路。射頻信號(hào)經(jīng)下變頻后進(jìn)入模擬濾波器組進(jìn)行粗略的信道劃分;隨后將模擬濾波器組的輸出信號(hào)下變頻到中頻,用ADC實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化;對(duì)采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化,輸出結(jié)果到后面的處理模塊,實(shí)現(xiàn)信號(hào)參數(shù)估計(jì)和測(cè)量。模數(shù)混合信道化接收機(jī)結(jié)合模擬信道化接收機(jī)和數(shù)字信道化接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn),能減小信號(hào)處理的帶寬,增強(qiáng)信噪比,降低ADC采樣速率和信號(hào)處理速率,具有靈敏度高、信號(hào)識(shí)別率高、動(dòng)態(tài)范圍大、參數(shù)測(cè)量精度高等優(yōu)勢(shì)。采用模數(shù)混合信道化技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)同時(shí)到達(dá)的空間交疊嚴(yán)重的脈沖信號(hào)的實(shí)時(shí)采集,為后續(xù)高速?gòu)?fù)雜高密度信號(hào)的實(shí)時(shí)處理與存儲(chǔ)奠定基礎(chǔ)。

3 信號(hào)分選處理技術(shù)

對(duì)于信道化后的信號(hào)分選處理,主要包括信號(hào)分選與軟件設(shè)計(jì)兩部分。

其中,信號(hào)分選擬采用一種基于小波脊線-PRI 的分選新方法。該方法的初步思路是:首先用小波脊線法逐個(gè)提取雷達(dá)信號(hào)的瞬時(shí)頻率,基于時(shí)頻關(guān)系將不同調(diào)制類型的雷達(dá)信號(hào)分成幾大類;然后對(duì)分類后的具有相同調(diào)制類型的每大類信號(hào)進(jìn)行 PRI檢測(cè),利用檢測(cè)到的 PRI 值進(jìn)一步細(xì)分。經(jīng)過(guò)小波脊線法分選后,每類輻射源的個(gè)數(shù)相對(duì)較少,此時(shí)利用改進(jìn)的 PRI 變換算法可準(zhǔn)確檢測(cè)到信號(hào)的PRI值,從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的準(zhǔn)確分選[2]。

校準(zhǔn)軟件計(jì)劃選用基于PXI平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸帶寬和延時(shí)通常是選擇平臺(tái)時(shí)的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。PXI通過(guò)采用具有最高帶寬和最低延時(shí)的PCI/PCI Express數(shù)據(jù)傳輸總線,從而具有各種儀器平臺(tái)中最佳的數(shù)據(jù)帶寬和延時(shí)特性。采用了PXI平臺(tái),嵌入式計(jì)算機(jī)模塊和網(wǎng)絡(luò)控制器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)帶寬較高,可達(dá)2GB/s,從而在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí),擴(kuò)展記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間,存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)軟件分為時(shí)域分析、頻域分析以及調(diào)制域分析三部分,軟件框架如圖3所示。

圖2 算法流程圖

圖3 軟件系統(tǒng)框圖

校準(zhǔn)軟件運(yùn)行前先進(jìn)行裝置自檢,確保系統(tǒng)內(nèi)所有模塊的工作狀態(tài)均為正常;然后運(yùn)行校準(zhǔn)軟件進(jìn)行被校系統(tǒng)和校準(zhǔn)裝置的設(shè)置和校準(zhǔn)參數(shù)的選擇,若校準(zhǔn)項(xiàng)目為空則繼續(xù)為空則繼續(xù)等待,否則按照對(duì)話框的提示,選擇數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接地址,依次進(jìn)行被選校準(zhǔn)項(xiàng)目的測(cè)試;測(cè)試完畢后若繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試,則重新進(jìn)入校準(zhǔn)項(xiàng)目選擇模塊,否則保存測(cè)試結(jié)果,退出校準(zhǔn)程序。具體流程框圖如圖4所示。

圖4 校準(zhǔn)軟件流程框圖

4 校準(zhǔn)裝置工作流程

綜上所述,校準(zhǔn)裝置的工作流程為:雷達(dá)場(chǎng)景模擬器n路信號(hào)同時(shí)輸入到校準(zhǔn)裝置,經(jīng)過(guò)混頻、濾波、放大等,進(jìn)入模擬濾波器組進(jìn)行粗略的信道劃分,隨后將模擬濾波器組的輸出信號(hào)下變頻到中頻,進(jìn)行A/D采樣,利用數(shù)字信道化、數(shù)字下變頻、數(shù)字檢波等處理方法實(shí)時(shí)采集并解析信號(hào)類型,形成脈沖描述字(PDW)、I/Q信號(hào)等,包括載頻、帶寬、幅度、相位調(diào)制類型等信息;信號(hào)分析處理模塊接收脈沖信息流、I/Q信號(hào)以及幅度信息,經(jīng)鑒相、比幅、特征參數(shù)提取等脈內(nèi)/脈間參數(shù)分析算法處理,輸出完整的雷達(dá)信號(hào)描述信息文件,得出每部雷達(dá)信號(hào)的載頻、幅度、相移、脈寬、脈內(nèi)/脈間調(diào)制信息等準(zhǔn)確參數(shù),完成校準(zhǔn)。

5 試驗(yàn)結(jié)果

本文依據(jù)常規(guī)雷達(dá)信號(hào),編輯了脈間/脈組/脈內(nèi)捷變以及線性/非線性調(diào)頻信號(hào)、調(diào)相信號(hào)等復(fù)雜脈沖調(diào)制信號(hào),利用該方法進(jìn)行測(cè)試,并同時(shí)利用信號(hào)分析儀進(jìn)行比測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果可知,該基于信道化接收機(jī)的校準(zhǔn)方法以及形成的校準(zhǔn)系統(tǒng)可以很好地解決雷達(dá)場(chǎng)景模擬器存在的高密度脈沖流情況下復(fù)雜信號(hào)的校準(zhǔn)問(wèn)題。與信號(hào)分析儀比測(cè)結(jié)果如圖5至圖8所示。

圖5 脈間/脈組/脈內(nèi)捷變以及線性/非線性調(diào)頻信號(hào)信號(hào)分析儀測(cè)試結(jié)果

圖6 調(diào)相信號(hào)信號(hào)分析儀測(cè)試結(jié)果

圖7 基于信道化接收機(jī)的校準(zhǔn)裝置測(cè)試結(jié)果1(table)

圖8 基于信道化接收機(jī)的校準(zhǔn)裝置測(cè)試結(jié)果2(脈內(nèi)捷變頻測(cè)試圖表)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的校準(zhǔn)系統(tǒng)能夠接收并采集雷達(dá)場(chǎng)景模擬器發(fā)出的高密度復(fù)雜脈沖流,并進(jìn)行分析處理,對(duì)模擬器輸出的測(cè)試信號(hào)提供實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的校準(zhǔn),形成相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)文件。通過(guò)校準(zhǔn),對(duì)模擬器的測(cè)試精度進(jìn)行溯源,確保量值統(tǒng)一?？s短了測(cè)試設(shè)備的研制、生產(chǎn)、調(diào)試周期,為雷達(dá)場(chǎng)景模擬器快速形成提供了技術(shù)保障,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。