基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟方法及设备

技术领域

本发明涉及连续波雷达目标模拟，具体涉及基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟方法及设备。

背景技术

虽然连续波雷达设计简单，探测距离相对有限，但是伴随低截获和低慢小目标探测的需求，连续波雷达又重新受到重视。连续波雷达发射功率低，具有天然的低截获优势，而低截获通常是抗干扰的重要前提，国外典型的低截获雷达，均采用了连续波体制。另一方面，连续波雷达采用大时宽信号，更利于调制宽带波形，实现信号低截获。

低慢小目标探测的难点来自两方面：目标的雷达散射截面积小，不利于雷达探测；目标受地物杂波遮蔽，不易分辨。而连续波雷达在两方面具备优势，首先，在同等功率条件下，连续波雷达照射目标的积累时间更长，得到更大的信噪比增益，同时连续波雷达发射信号无时宽限制，多普勒频谱分辨力高；其次，在严重杂波环境下，利用多普勒高分辨能力，结合超杂波检测技术，能够实现低慢小目标地探测。

连续波雷达目标模拟系统能够基于连续波雷达的工作原理，根据目标的反射特性模拟各种静止、运动的目标回波，是连续波雷达整机调试和性能测试的核心设备。现有技术中，连续波雷达的目标模拟主要基于DDS方案实现，如申请公布号为CN 112698286 A的一种连续波雷达目标模拟器的发明专利申请，以及申请公布号为CN 111781569 A的一种民用连续波雷达目标模拟方法的发明专利申请均采用数字频率合成方案进行目标模拟，该模拟方法需要精确了解待测雷达的波形参数才能实现，因此在实际应用时，需要在进行目标模拟前详细录入雷达参数。同时，由于数字频率合成本身的误差和噪声特性，难以避免地会引入模拟误差，并且上述方案均未考虑目标模拟器的通道时延和目标模拟器与待测雷达之间的初始距离对目标模拟距离的影响。由于目标模拟器固有的通道时延和目标模拟器与待测雷达之间存在初始距离，因此目标模拟时通道时延和初始距离均会以时延的方式叠加至模拟回波中，导致目标模拟距离与目标实际距离之间存在很大的误差。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟方法及设备，能够有效克服现有技术所存在的在进行目标模拟时需要精确了解待测雷达的波形参数，以及因通道时延和初始距离导致目标模拟距离误差较大的缺陷。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟方法，包括以下步骤：

S1、标定目标模拟设备的通道时延；

S2、将目标模拟设备与待测雷达主瓣对准，测量目标模拟设备与待测雷达之间的初始距离；

S3、控制目标模拟设备和待测雷达进入工作状态，目标模拟设备接收雷达信号，并测量待测雷达的调频斜率；

S4、基于目标模拟设备的通道时延和待测雷达的调频斜率计算目标模拟信号的实际移频量；

S5、基于目标模拟信号的实际移频量对接收到的雷达信号进行移频和功率调制，生成中频数字模拟信号；

S6、目标模拟设备对中频数字模拟信号进行信号处理后生成最终目标模拟信号，并向待测雷达发射最终目标模拟信号。

优选地，S1中标定目标模拟设备的通道时延，包括：

S11、将目标模拟设备的输入端口与输出端口通过双阴连接器连接；

S12、显控设备向目标模拟设备的数字处理模块发送控制指令，数字处理模块生成点频连续波信号，并通过DA转换模块输出至目标模拟设备的微波模块，同时开始计时t

S13、点频连续波信号经过上变频模块、幅度控制模块、放大模块后，通过双阴连接器进入接收前端，并经由下变频模块回到数字处理模块；

S14、数字处理模块通过AD转换模块对点频连续波信号进行数字化后，测量到达时间t

S15、基于初始时间t

。

优选地，S2中测量目标模拟设备与待测雷达之间的初始距离，包括：

S21、待测雷达发射雷达信号；

S22、在显控设备的显控界面设置目标模拟信号的模拟移频量为0，目标模拟设备接收到雷达信号后转发给待测雷达；

S23、根据连续波工作原理，待测雷达测得的距离即为初始距离R

优选地，S3中目标模拟设备接收雷达信号，并测量待测雷达的调频斜率，包括：

S31、目标模拟设备接收雷达信号，并将雷达信号送入微波模块；

S32、微波模块通过接收前端、下变频模块对雷达信号进行放大、下变频后送入数字处理模块；

S33、数字处理模块通过AD转换模块对雷达信号进行数字化后，通过参数测量得到待测雷达的调频斜率k。

优选地，S33中通过参数测量得到待测雷达的调频斜率k，包括：

S331、对数字化后的雷达信号进行频域信道化，并将频域信道化输出的复信号转化成幅度数据和相位数据；

S332、利用幅度数据确认信号的存在，检测信号的峰值；

S333、信号确认后，利用相位数据根据下式对相位进行一阶差分，得到信号的频率：

，

其中，

S334、基于多信道测频数据进行曲线拟合；

S335、对拟合曲线进行多点采样后，根据下式计算得到待测雷达的调频斜率k：

，

其中，x

优选地，S4中基于目标模拟设备的通道时延和待测雷达的调频斜率计算目标模拟信号的实际移频量，包括：

S41、基于目标模拟设备的通道时延t

，

S42、基于测量得到的初始距离R

，

其中，R

S43、基于待测雷达的调频斜率k和实际模拟距离R，根据下式计算目标模拟信号的实际移频量

，

其中，c为光速。

优选地，S6中目标模拟设备对中频数字模拟信号进行信号处理后生成最终目标模拟信号，并向待测雷达发射最终目标模拟信号，包括：

S61、数字处理模块通过DA转换模块对中频数字模拟信号进行数模转换后，得到中频模拟信号，并将中频模拟信号送入微波模块；

S62、微波模块通过上变频模块、幅度控制模块、放大模块对中频模拟信号进行上变频、衰减控制、放大后，得到最终目标模拟信号；

S63、目标模拟设备通过发射天线向待测雷达发射最终目标模拟信号。

一种基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟设备，包括天线、主机和显控设备，所述主机包括微波模块和数字处理模块，所述微波模块包括接收前端、下变频模块、上变频模块、幅度控制模块、放大模块和频率源；

天线，包括完全相同的接收天线和发射天线，接收天线用于接收空间电磁波，发射天线用于向空间辐射电磁波；

接收前端，接收接收天线传输的射频信号，进行低噪声放大后送入下变频模块；

下变频模块，接收接收前端传输的射频信号，进行下变频后得到中频信号，并将中频信号送入数字处理模块；

上变频模块，接收数字处理模块发送的中频模拟信号，进行上变频后得到射频信号，并将射频信号送入幅度控制模块；

幅度控制模块，接收数字处理模块的幅度控制信号，并对上变频模块发送的射频信号进行衰减控制；

放大模块，接收幅度控制模块发送的射频信号，进行功率放大后送入发射天线对准目标辐射；

频率源，为下变频模块、上变频模块提供本振信号，同时为数字处理模块提供基准时钟和采样时钟；

数字处理模块，用于完成接收信号的数字化、数字储频、参数测量、中频数字模拟信号的生成、幅度控制信号的生成和数模转换。

优选地，所述数字处理模块包括控制芯片、FPGA、AD转换模块和DA转换模块，所述控制芯片连接于FPGA、显控设备之间，所述AD转换模块连接于下变频模块、FPGA之间，所述DA转换模块连接于上变频模块、FPGA之间。

与现有技术相比，本发明所提供的基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟方法及设备，具有以下有益效果：

1）通过数字储频结合移频转发的方式进行目标模拟，通过DRFM进行数字储频转发，无需了解待测雷达的波形参数，同时采用移频转发又能够保证目标模拟精度，打破延时转发的限制；

2）通过标定目标模拟设备的通道时延，并基于目标模拟设备的通道时延和待测雷达的调频斜率计算目标模拟信号的实际移频量，能够有效消除目标模拟设备的通道时延对目标模拟距离的影响，大幅提高目标模拟的精度；

3）通过测量目标模拟设备与待测雷达之间的初始距离，并基于初始距离和距离模拟误差计算实际模拟距离，能够有效消除目标模拟设备与待测雷达之间的初始距离对目标模拟距离的影响，大幅提高目标模拟的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本发明的流程示意图；

图2 为本发明中基于多信道测频数据进行曲线拟合的示意图；

图3 为本发明中多信道测量连续波雷达的雷达信号的示意图；

图4 为本发明的设备硬件图；

图5 为本发明图4的详细设备硬件图；

图6 为本发明中标定目标模拟设备的通道时延的设备硬件图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟方法，如图1所示，S1、标定目标模拟设备的通道时延，具体包括：

S11、将目标模拟设备的输入端口与输出端口通过双阴连接器连接（如图6所示）；

S12、显控设备向目标模拟设备的数字处理模块发送控制指令，数字处理模块生成点频连续波信号，并通过DA转换模块输出至目标模拟设备的微波模块，同时开始计时t

S13、点频连续波信号经过上变频模块、幅度控制模块、放大模块后，通过双阴连接器进入接收前端，并经由下变频模块回到数字处理模块；

S14、数字处理模块通过AD转换模块对点频连续波信号进行数字化后，测量到达时间t

S15、基于初始时间t

。

S2、将目标模拟设备与待测雷达主瓣对准，测量目标模拟设备与待测雷达之间的初始距离。

具体地，测量目标模拟设备与待测雷达之间的初始距离，包括：

S21、待测雷达发射雷达信号；

S22、在显控设备的显控界面设置目标模拟信号的模拟移频量为0，目标模拟设备接收到雷达信号后转发给待测雷达；

S23、根据连续波工作原理，待测雷达测得的距离即为初始距离R

S3、控制目标模拟设备和待测雷达进入工作状态，目标模拟设备接收雷达信号，并测量待测雷达的调频斜率。

具体地，目标模拟设备接收雷达信号，并测量待测雷达的调频斜率，包括：

S31、目标模拟设备接收雷达信号，并将雷达信号送入微波模块；

S32、微波模块通过接收前端、下变频模块对雷达信号进行放大、下变频后送入数字处理模块；

S33、数字处理模块通过AD转换模块对雷达信号进行数字化后，通过参数测量得到待测雷达的调频斜率k。

S33中通过参数测量得到待测雷达的调频斜率k，包括：

S331、对数字化后的雷达信号进行频域信道化，并将频域信道化输出的复信号转化成幅度数据和相位数据；

S332、利用幅度数据确认信号的存在，检测信号的峰值；

S333、信号确认后，利用相位数据根据下式对相位进行一阶差分，得到信号的频率：

，

其中，

S334、基于多信道测频数据进行曲线拟合；

S335、对拟合曲线进行多点采样后，根据下式计算得到待测雷达的调频斜率k：

，

其中，x

S4、基于目标模拟设备的通道时延和待测雷达的调频斜率计算目标模拟信号的实际移频量，具体包括：

S41、基于目标模拟设备的通道时延t

，

S42、基于测量得到的初始距离R

，

其中，R

S43、基于待测雷达的调频斜率k和实际模拟距离R，根据下式计算目标模拟信号的实际移频量

，

其中，c为光速。

S5、基于目标模拟信号的实际移频量对接收到的雷达信号进行移频和功率调制，生成中频数字模拟信号。

连续波雷达探测目标的根本原理是通过测量得到的频差，结合已知的调频斜率来求解回波延时。因此，在目标模拟时，距离模拟可以采用时延法或移频法，速度模拟可以采用增加多普勒频移的方法。

时延法的距离模拟精度取决于时延精度，而时延精度最高只能达到时钟频率的倒数（即一个CLK），因此时延法的距离模拟精度通常不高，本申请技术方案采用移频法进行距离模拟。

S6、目标模拟设备对中频数字模拟信号进行信号处理后生成最终目标模拟信号，并向待测雷达发射最终目标模拟信号，具体包括：

S61、数字处理模块通过DA转换模块对中频数字模拟信号进行数模转换后，得到中频模拟信号，并将中频模拟信号送入微波模块；

S62、微波模块通过上变频模块、幅度控制模块、放大模块对中频模拟信号进行上变频、衰减控制、放大后，得到最终目标模拟信号；

S63、目标模拟设备通过发射天线向待测雷达发射最终目标模拟信号。

本申请技术方案中，如图4和图5所示，还公开了一种基于DRFM的高精度连续波雷达目标模拟设备，包括天线、主机和显控设备，主机包括微波模块和数字处理模块，微波模块包括接收前端、下变频模块、上变频模块、幅度控制模块、放大模块和频率源；

天线，包括完全相同的接收天线和发射天线，接收天线用于接收空间电磁波，发射天线用于向空间辐射电磁波；

接收前端，接收接收天线传输的射频信号，进行低噪声放大后送入下变频模块；

下变频模块，接收接收前端传输的射频信号，进行下变频后得到中频信号，并将中频信号送入数字处理模块；

上变频模块，接收数字处理模块发送的中频模拟信号，进行上变频后得到射频信号，并将射频信号送入幅度控制模块；

幅度控制模块，接收数字处理模块的幅度控制信号，并对上变频模块发送的射频信号进行衰减控制；

放大模块，接收幅度控制模块发送的射频信号，进行功率放大后送入发射天线对准目标辐射；

频率源，为下变频模块、上变频模块提供本振信号，同时为数字处理模块提供基准时钟和采样时钟；

数字处理模块，用于完成接收信号的数字化、数字储频、参数测量、中频数字模拟信号的生成、幅度控制信号的生成和数模转换。

具体地，数字处理模块包括控制芯片、FPGA、AD转换模块和DA转换模块，控制芯片连接于FPGA、显控设备之间，AD转换模块连接于下变频模块、FPGA之间，DA转换模块连接于上变频模块、FPGA之间。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。