一种针对气象雷达的多频段干扰机系统

技术领域

本发明属于气象雷达技术领域，具体涉及一种针对气象雷达的多频段干扰机系统。

背景技术

气象雷达是气象观测的重要设备，特别是在突发性、灾害性的监测、预报和警报中具有极为重要的作用，是用于小尺度天气系统(如台风和暴雨云系)的主要探测工具之一，随着气象雷达在包括JF在内的各个行业的普及应用，电磁干扰是目前一个研究的热点问题，然而市面上各种的气象雷达干扰仍存在各种各样的问题。

针对现有业务使用L、S、C、X、Ka等频段气象雷达的设计原理，开展了多频段干扰机的研制，可以产生多种干扰信号，指导雷达机务人员熟悉干扰信号的效果以及应对干扰信号可能采取的措施，为此我们提出一种针对气象雷达的多频段干扰机系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对气象雷达的多频段干扰机系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种针对气象雷达的多频段干扰机系统，包括参考功分模块，所述参考功分模块用于接收外部参考并功分输出两路100MHz时钟信号给机箱内部使用，所述参考功分模块上电性连接有调制模块和频率源模块，所述调制模块上电性连接有一个开关，一个所述开关上电性连接L频段直通、S频段变频模块、C频段变频模块和X频段变频模块，所述L频段直通上电性连接有L频段功放，所述S频段变频模块上电性连接有S频段功放，所述C频段变频模块上电性连接有C频段功放，所述X频段变频模块上电性连接有功分，所述功分上电性连接有X频段功放，所述L频段功放、所述S频段功放、所述C频段功放和所述X频段功放上分别电性连接有隔离器，所述隔离器上电性连接有另一个开关，另一个所述开关输出信号1，所述功分上电性连接Ka4倍频模块，所述Ka4倍频模块上电性连接有Ka频段功放，所述Ka频段功放上电性连接隔离器，所述隔离器输出信号2；

所述频率源模块中包括频率源，所述频率源上电性连接有一个开关，频率源模块用于产生变频模块需要的本振信号；

所述调制模块中包括有时钟源、DDS模块和一个开关，所述时钟源与所述参考功分模块电性连接，所述时钟源后依次电性连接有所述DDS模块和所述开关；

所述时钟源产生点频3.5GHz，为所述DDS模块提供输入信号；

所述DDS模块用于产生1-1.3GHz基带信号，线性调频功能在此模块中实现；

所述L频段功放将L频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述S频段功放将S频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述C频段功放将C频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述X频段功放将X频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述Ka频段功放将Ka频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述隔离器用于功放输出端提供保护，防止整机设备输出大功率时未接负载情况下反射损坏。

优选的，所述L频段直通、所述S频段变频模块、所述C频段变频模块和所述X频段变频模块组成变频模块，所述变频模块将所述DDS模块输出的基带信号1-1.3GHz进行频谱搬移，分别产生S频段、C频段、X频段、Ka频段微波信号。

优选的，所述开关用于脉冲调制控制，内部由高速射频开关实现，所述频率源模块用于产生所述变频模块需要的本振信号，并且将本振信号输送给所述变频模块，且分别输送给所述S频段变频模块、所述C频段变频模块和所述X频段变频模块。

优选的，还包括有AC/DC电源模块和控制模块，所述AC/DC电源模块电性连接有AC220V供电电压，所述AC/DC电源模块用于套接稳定输出直流电压，所述AC/DC电源模块的输出端电性连接有DC输入，所述AC/DC电源模块分别处+12V直流电压和+6V直流电压。

优选的，所述控制模块上电性连接有内部信号输出的RS485通讯通道，所述控制模块上电性连接有外部信号输出的RS485通讯通道，所述控制模块上还电性连接有外部信号输出的用户TCP/IP通讯通道和外部信号输出的用户RS232通讯通道。

优选的，所述控制模块上电性连接有状态显示模块，所述状态显示模块中包括有VFD显示、按键和指示灯，所述VFD显示用于实现对数据信息进行显示，所述按键用于实现对系统进行控制调节，所述指示灯用于实现对系统的运行状态进行显示，所述指示灯包括有运行指示灯、故障指示灯、供电指示灯和通讯指示灯。

优选的，所述状态显示模块对整机运行状态进行监控和显示，同时提供人机操控界面，所述控制模块为整机内部主控电路，对机箱内部有源模块进行统一状态监控和指令控制，所述AC/DC电源模块为内部电源，所述AC/DC电源模块中包括有直流滤波器，所述AC/DC电源模块实现将交流电AC220V转换为+12V并滤波。

优选的，所述L频段功放、所述S频段功放、所述C频段功放、所述X频段功放和所述Ka频段功放组成功放模块，所述功放模块具备电源开关能力、功率调节能力和脉冲调制能力，每一路功放通道中均配置了两级数控衰减器和一级压控衰减器，用于输出功率幅度校准，设计精度＜±0.5dB，步进≤0.5dB。

优选的，所述信号1和所述信号2支持的噪声模式有瞄准式噪声、阻塞式噪声和扫频干扰噪声；

所述瞄准式噪声：具备点频输出模式，通过工作频率设置发射机输出相同频率的信号，实现瞄准式噪声干扰；

所述阻塞式噪声：具备大功率输出能力和高速扫频模式，对接收系统形成高速、大功率地干扰；

所述扫频干扰噪声：具备线性跳频模式，且输出信号在L频段、S频段、C频段、X频段、Ka频段之间实现扫频输出，相应地对接收系统形成扫频干扰噪声。

优选的，所述频率源模块用于产生上变频通道所需要的本振信号，其中Ka频段变频模块本振信号需要通过倍频实现，且倍频通过锁相环来实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够产生L、S、C、X、Ka频段的大功率信号，且输出功率在0-30dBm的范围内可调，输出信号有三种模式可选，分别为连续波点频模式，脉冲信号模式，连续波线性调频模式；每个频段都可以选用这三种模式输出信号，可以通过触摸面板来进行频段、频率、信号模式、输出功率的操控以及运行状态显示，并且干扰平台发射机实现了输出信号并具备瞄准式噪声、阻塞式噪声和扫频干扰噪声模式可选功能。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的频率源模块原理框图；

图3为本发明的各变频模块对应的本振频率示意图；

图4为本发明的变频模块组成框图；

图5为本发明的功放原理框图；

图6为本发明的功率校准系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参阅图1-图6，本发明提供一种技术方案：一种针对气象雷达的多频段干扰机系统，包括参考功分模块，所述参考功分模块用于接收外部参考并功分输出两路100MHz时钟信号给机箱内部使用，所述参考功分模块上电性连接有调制模块和频率源模块，所述调制模块上电性连接有一个开关，一个所述开关上电性连接L频段直通、S频段变频模块、C频段变频模块和X频段变频模块，所述L频段直通上电性连接有L频段功放，所述S频段变频模块上电性连接有S频段功放，所述C频段变频模块上电性连接有C频段功放，所述X频段变频模块上电性连接有功分，所述功分上电性连接有X频段功放，所述L频段功放、所述S频段功放、所述C频段功放和所述X频段功放上分别电性连接有隔离器，所述隔离器上电性连接有另一个开关，另一个所述开关输出信号1，所述功分上电性连接Ka4倍频模块，所述Ka4倍频模块上电性连接有Ka频段功放，所述Ka频段功放上电性连接隔离器，所述隔离器输出信号2；

所述频率源模块中包括频率源，所述频率源上电性连接有一个开关，频率源模块用于产生变频模块需要的本振信号；

所述调制模块中包括有时钟源、DDS模块和一个开关，所述时钟源与所述参考功分模块电性连接，所述时钟源后依次电性连接有所述DDS模块和所述开关；

所述时钟源产生点频3.5GHz，为所述DDS模块提供输入信号；

所述DDS模块用于产生1-1.3GHz基带信号，线性调频功能在此模块中实现；

所述L频段功放将L频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述S频段功放将S频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述C频段功放将C频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述X频段功放将X频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述Ka频段功放将Ka频段微波信号进行功率放大，实现峰值功率输出达到+30dBm；

所述隔离器用于功放输出端提供保护，防止整机设备输出大功率时未接负载情况下反射损坏。

为了实现对信号进行变频处理，并且实现对输出不同频段的信号，本实施例中，优选的，所述L频段直通、所述S频段变频模块、所述C频段变频模块和所述X频段变频模块组成变频模块，所述变频模块将所述DDS模块输出的基带信号1-1.3GHz进行频谱搬移，分别产生S频段、C频段、X频段、Ka频段微波信号。

为了实现对信号进行通断脉冲调制控制，并且实现对本振信号进行输出，本实施例中，优选的，所述开关用于脉冲调制控制，内部由高速射频开关实现，所述频率源模块用于产生所述变频模块需要的本振信号，并且将本振信号输送给所述变频模块，且分别输送给所述S频段变频模块、所述C频段变频模块和所述X频段变频模块。

为了实现对系统进行有效的供电，保持系统稳定性的运行，本实施例中，优选的，还包括有AC/DC电源模块和控制模块，所述AC/DC电源模块电性连接有AC220V供电电压，所述AC/DC电源模块用于套接稳定输出直流电压，所述AC/DC电源模块的输出端电性连接有DC输入，所述AC/DC电源模块分别处+12V直流电压和+6V直流电压。

为了实现对数据信息进行传输，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有内部信号输出的RS485通讯通道，所述控制模块上电性连接有外部信号输出的RS485通讯通道，所述控制模块上还电性连接有外部信号输出的用户TCP/IP通讯通道和外部信号输出的用户RS232通讯通道。

为了使得系统能够更加方便进行控制调节，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有状态显示模块，所述状态显示模块中包括有VFD显示、按键和指示灯，所述VFD显示用于实现对数据信息进行显示，所述按键用于实现对系统进行控制调节，所述指示灯用于实现对系统的运行状态进行显示，所述指示灯包括有运行指示灯、故障指示灯、供电指示灯和通讯指示灯。

为了便于实现人机交互，以及实现对滤波处理，本实施例中，优选的，所述状态显示模块对整机运行状态进行监控和显示，同时提供人机操控界面，所述控制模块为整机内部主控电路，对机箱内部有源模块进行统一状态监控和指令控制，所述AC/DC电源模块为内部电源，所述AC/DC电源模块中包括有直流滤波器，所述AC/DC电源模块实现将交流电AC220V转换为+12V并滤波。

为了实现对信号进行功放处理，便于实现对输出功率幅度校准，本实施例中，优选的，所述L频段功放、所述S频段功放、所述C频段功放、所述X频段功放和所述Ka频段功放组成功放模块，所述功放模块具备电源开关能力、功率调节能力和脉冲调制能力，每一路功放通道中均配置了两级数控衰减器和一级压控衰减器，用于输出功率幅度校准，设计精度＜±0.5dB，步进≤0.5dB。

为了实现对输出的噪声进行选择，本实施例中，优选的，所述信号1和所述信号2支持的噪声模式有瞄准式噪声、阻塞式噪声和扫频干扰噪声；

所述瞄准式噪声：具备点频输出模式，通过工作频率设置发射机输出相同频率的信号，实现瞄准式噪声干扰；

所述阻塞式噪声：具备大功率输出能力和高速扫频模式，对接收系统形成高速、大功率地干扰；

所述扫频干扰噪声：具备线性跳频模式，且输出信号在L频段、S频段、C频段、X频段、Ka频段之间实现扫频输出，相应地对接收系统形成扫频干扰噪声。

为了实现对Ka频段进行倍频输出，本实施例中，优选的，所述频率源模块用于产生上变频通道所需要的本振信号，其中Ka频段变频模块本振信号需要通过倍频实现，且倍频通过锁相环来实现。

本发明的工作原理及使用流程：

频率源模块设计

频率源模块用于产生上变频通道所需要的本振信号，其中Ka频段变频模块本振信号需要通过倍频实现，频率源模块原理框图如图2所示；

各变频模块对应的本振频率如图3所示；

其中Ka频段由1-1.3GHz与9900MHz混频得到8600-8900MHz后经过4倍频产生34.4-35.6GHz信号；

变频模块设计

变频模块包含S频段、C频段、X频段、Ka频段变频通道，组成原理如图4所示；

其中，

S频段变频模块选用中频频率为1-1.3GHz，本振为3700MHz，输出频率为2800-3100MHz；

C频段变频模块选用中频频率为1-1.3GHz，本振为6700MHz，输出频率为5400-5700MHz；

X频段变频模块选用中频频率为1-1.3GHz，本振为10600MHz，输出频率为9300-9600MHz；

Ka频段变频模块选用中频频率为1-1.3GHz，本振为9900MHz，输出频率为8600-8900MHz，经过4倍频后产生34.5-35.5GHz信号；

功放模块设计

本方案功放包含的子模块分别为L频段功放、S频段功放、C频段功放、X频段功放、Ka频段功放，具备电源开关能力、功率调节能力和脉冲调制能力，组成框图如图5所示；

每一路功放通道中均配置了两级数控衰减器和一级压控衰减器，可用于输出功率幅度校准，设计精度＜±0.5dB，步进≤0.5dB；

指标分析

输出信号噪声模式分析

输出信号支持的噪声模式：瞄准式噪声、阻塞式噪声和扫频干扰噪声；

瞄准式噪声设计分析：发射机具备点频输出模式，根据系统接收机实际工作频率可设置发射机输出相同频率的信号，实现瞄准式噪声干扰；

阻塞式噪声设计分析：发射机具备大功率输出能力和高速扫频模式，可对接收系统形成高速、大功率地干扰；

扫频干扰噪声设计分析：发射机具备线性跳频模式，且输出信号可以在L频段、S频段、C频段、X频段、Ka频段之间实现扫频输出，相应地对接收系统形成扫频干扰噪声。

发射峰值功率分析

发射机中包含的五个通道功放模块分别进行了一定裕量设计，模块输出功率≥33dBm，其装配在机箱中，末端隔离器、开关和电缆等损耗≤2dB。综合计算，发射机输出端口峰值功率设计值≥31dBm，且可通过调整数控衰减器实现(1mW-1W，连续可调)，来满足协议要求。

功率步进分析

功放模块中配置了可调衰减器，由主控单元进行控制，通过对输出功率进行测试、写表的方式实现发射功率校准工作。可调衰减器由压控衰减器和数控衰减器组成，设计功率步进≤0.5dB，满足协议要求。

射频关断比分析

由于L/S/C/X频段共用同一个输出端口，此四个频段为分时输出关系，设备进行频段切换时，设计上将未输出的频段功放进行关电处理，提高射频隔离度的同时也尽量降低设备功耗，确保长期工作稳定性。

设备进行射频关断操作时，功放模块将切换射频开关和断开电源开关，射频隔离度设计值＞70dBc，满足协议要求。

可调频率步进分析

设备中配置的DDS线性调频模块频率步进设计值≤1KHz，满足设备要求。

发射信号输出模式分析

发射信号输出模式包含线性调频和脉冲调制模式：

线性调频模式分析：由DDS模块实现，其输出频率为1.1-1.4GHz，周期、调制起始频率、调制结束频率可设置(最小频率单位1MHz，最小时间周期1μs)。其输出的1.1-1.4GHz信号经过混频后上变频至S、C、X频段，其中Ka频段由混频后再变频实现。

脉冲调制模式分析：功放模块中配置了脉冲调制电路，由主控单元产生模拟调制电平信号，分别提供给五个通道功放模块，设计脉宽支持0.1us-1000us，重频100Hz-50KHz，占空比0-50％可设置，支持连续波输出模式。脉冲上升沿、下降沿设计值≤100ns。脉冲可进行线性调频，调频频率可设置。

参考信号分析

发射机中配置了参考功分模块，其内置高稳定锁相晶振，支持10MHz外参考输入功能。当用户未选择外参考输入时，参考功分模块将输出内置100MHz时钟信号，提供给机箱内部使用，同时由设备后面板输出一路提供给用户；

技术特点

高精度功率校准技术

设计上在功放的链路配置了一级压控衰减器和3级数控衰减器，压控衰减器由单片机输出D/A直接控制，单片机具备12位D/A能力，输出电压分辨率达到1mv，控制压控衰减器功率步进可达到0.1dB；数控衰减器单级衰减深度31.5dB，级间通过放大器和分腔隔离，衰减动态范围＞70dB，设计功率可调范围为-20dBm-+30dBm，满足设备动态范围要求。

由于输出信号具有覆盖频率、功率范围宽的特点，对其进行功率校准时采用自动校准方式：使用上位机软件对设备进行控制，同时读取功率计读数，根据校准功率的目标值写入控制字，校准系统框图如图6所示；

根据设计分析，结合同类产品实测，发射机输出功率-20dBm-+20dBm范围内功率步进和精度可达到≤0.5dB；输出功率+20dBm-+30dBm范围内，功率步进可达到≤1dB，精度预计±0.5dB；

脉冲调制技术

脉冲调制技术主要应用在功放模块中，通过对放大器芯片栅极和漏级进行电源调制可实现脉冲输出；调制开关管可选用P沟道或N沟道场效应管，其中N沟道场效应管调制速度更快但电路组成较为复杂，P沟道则调制电路组成则相对简单，速度慢于P沟道。对于调制上升沿、下降沿要求极高的应用场合，可采用N沟道场效应管配合射频开关调制方式，可实现上升沿、下降沿≤30ns设计目标。

本方案选用P沟道场效应管对功放芯片漏级进行调制，结合同类产品实测，设计上升沿、下降沿≤100ns，满足使用要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。