一種雷達場景模擬器校準方法

楊 露 盛永鑫 陶成忠

(中國電子科技集團公司第三十八研究所 合肥 230088)

0 引言

雷達場景模擬器可以模擬多個方向、多個輻射源產生的合成電磁信號,為驗證雷達在實際工作情況下的性能提供復雜電磁信號。由于雷達場景模擬器使用過程中會出現脈沖丟失、虛假脈沖、頻率偏移、復雜信號識別率偏差過大等現象,從而影響雷達作戰效能的驗證結果真實性,因此必須進行校準。雷達場景模擬器存在信號數量多、頻率范圍寬、信號樣式復雜、信號密度高等特點。受存儲深度,處理速度等方面的限制雷達場景模擬器在高密度脈沖流(脈沖流密度高達百萬級每秒)下的頻率、幅度、相位差、脈沖調制參數等復雜信號測量識別等校準難題,普通測試儀表無法對其進行測量校準。

本文探索一種新型的基于信道化接收機和復雜信號分選識別技術的雷達場景模擬器校準方法,以尋求解決高密度脈沖流情況下頻率、幅度、相位差、脈沖調制參數和頻率捷變、脈內調頻、脈內調相、重頻參差等復雜信號測量、識別、驗證等問題。

1 雷達場景模擬器特點及校準方法介紹

雷達有線測試階段,雷達場景模擬器可生成多個自定義的雷達模擬信號,信號形式多樣、測量參數多、信號密度大,因此對校準方法和校準裝置都有非常高的要求,校準難度大。

基于模擬器以上特點,為了對其進行快速準確的校準,本文提出了一種基于信道化接收機和復雜信號分選識別技術的雷達場景模擬器校準方法。該方法主要由數?；旌闲诺阑邮蘸托盘柗诌x處理兩部分組成,在偵察雷達領域應用較多,在儀器儀表設計及計量校準領域未曾使用。

圖1 基于信道化接收機和復雜信號分選識別技術的雷達場景模擬器校準方法原理圖

由于在脈沖密度比較大的時候將會出現重疊的情況,因此脈沖同時到達接收機的時候,普通的測量接收機只能對第一個信號檢測,同時接收機在接收脈沖信號的時候出現暫時性屏蔽現象,導致無法接收到脈沖信號,造成脈沖丟失[1]。因此這里采用信道化技術,該技術具有全概率接收和多信號同時處理能力。通過對大的處理帶寬進行均勻的信道化分,不僅解決了寬帶信號的接收難題,還實現了對多路同時到達信號的采集處理。

對于信道化后的參數編碼處理(形成脈沖描述字PDW),再研究新型的小波脊線-PRI信號識別法對信道化后的數據進行分析處理,利用PXI總線將分析后的數據以脈沖描述字的形式存儲到主控系統的存儲器中,以滿足實時快速傳輸及存儲的需求。

該方法的提出,可實現對雷達場景模擬器進行快速準確的校準。

2 數?；旌闲诺阑邮占夹g研究

高密度流環境下的復雜信號測量接收機主要有模擬信道化接收機與數字信道化接收機。模擬信道化接收機綜合了超外差和多通道接收機的長處,具有高靈敏度和信號全接收能力,抗干擾能力強[6]。數字信道化接收機方法,參考模擬信道化接收機的實現原理,通過數字方法構造濾波器組,將接收帶寬劃分為多個子信道,相當于將多個數字接收機并行,然后對所有信道的輸出進行數字處理,數字化的數據易于保存,可以進行多次分析處理,實現對信號參數的測量,具有較高的測頻精度和穩定性,多信號適應能力強,同時數字信道化接收機集成度很高,體積小,重量輕,應用廣泛[3][5]。

本項目是解決高密度脈沖流下的頻率、幅度、相位差、脈沖調制參數和頻率捷變、脈內調頻、脈內調相、重頻參差等參數準確測量和復雜信號識別等校準難題。模擬信道化接收機受到實現的模擬濾波器帶寬不能極窄的限制,其測頻精度等不能滿足校準要求。數字信道化接收機受ADC采樣速率和后端信號處理速度的影響,信號識別率與校準需求有一定差距。

參考模擬信道化接收機和數字信號化接收機的實現原理,充分利用模擬信道化接收機和數字信號化接收機優點,提出模數混合信道化接收思路。射頻信號經下變頻后進入模擬濾波器組進行粗略的信道劃分;隨后將模擬濾波器組的輸出信號下變頻到中頻,用ADC實現模擬信號的數字化;對采樣后的數字信號進行數字信道化,輸出結果到后面的處理模塊,實現信號參數估計和測量。模數混合信道化接收機結合模擬信道化接收機和數字信道化接收機的優點,能減小信號處理的帶寬,增強信噪比,降低ADC采樣速率和信號處理速率,具有靈敏度高、信號識別率高、動態范圍大、參數測量精度高等優勢。采用模數混合信道化技術,實現對多個同時到達的空間交疊嚴重的脈沖信號的實時采集,為后續高速復雜高密度信號的實時處理與存儲奠定基礎。

3 信號分選處理技術

對于信道化后的信號分選處理,主要包括信號分選與軟件設計兩部分。

其中,信號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提取雷達信號的瞬時頻率,基于時頻關系將不同調制類型的雷達信號分成幾大類;然后對分類后的具有相同調制類型的每大類信號進行 PRI檢測,利用檢測到的 PRI 值進一步細分。經過小波脊線法分選后,每類輻射源的個數相對較少,此時利用改進的 PRI 變換算法可準確檢測到信號的PRI值,從而實現信號的準確分選[2]。

校準軟件計劃選用基于PXI平臺進行設計。數據傳輸帶寬和延時通常是選擇平臺時的兩項重要指標。PXI通過采用具有最高帶寬和最低延時的PCI/PCI Express數據傳輸總線,從而具有各種儀器平臺中最佳的數據帶寬和延時特性。采用了PXI平臺,嵌入式計算機模塊和網絡控制器和數據存儲器之間的數據帶寬較高,可達2GB/s,從而在數據存儲時,擴展記錄數據的時間,存儲更多的數據。校準軟件分為時域分析、頻域分析以及調制域分析三部分,軟件框架如圖3所示。

圖2 算法流程圖

圖3 軟件系統框圖

校準軟件運行前先進行裝置自檢,確保系統內所有模塊的工作狀態均為正常;然后運行校準軟件進行被校系統和校準裝置的設置和校準參數的選擇,若校準項目為空則繼續為空則繼續等待,否則按照對話框的提示,選擇數據庫鏈接地址,依次進行被選校準項目的測試;測試完畢后若繼續進行測試,則重新進入校準項目選擇模塊,否則保存測試結果,退出校準程序。具體流程框圖如圖4所示。

圖4 校準軟件流程框圖

4 校準裝置工作流程

綜上所述,校準裝置的工作流程為:雷達場景模擬器n路信號同時輸入到校準裝置,經過混頻、濾波、放大等,進入模擬濾波器組進行粗略的信道劃分,隨后將模擬濾波器組的輸出信號下變頻到中頻,進行A/D采樣,利用數字信道化、數字下變頻、數字檢波等處理方法實時采集并解析信號類型,形成脈沖描述字(PDW)、I/Q信號等,包括載頻、帶寬、幅度、相位調制類型等信息;信號分析處理模塊接收脈沖信息流、I/Q信號以及幅度信息,經鑒相、比幅、特征參數提取等脈內/脈間參數分析算法處理,輸出完整的雷達信號描述信息文件,得出每部雷達信號的載頻、幅度、相移、脈寬、脈內/脈間調制信息等準確參數,完成校準。

5 試驗結果

本文依據常規雷達信號,編輯了脈間/脈組/脈內捷變以及線性/非線性調頻信號、調相信號等復雜脈沖調制信號,利用該方法進行測試,并同時利用信號分析儀進行比測。試驗結果可知,該基于信道化接收機的校準方法以及形成的校準系統可以很好地解決雷達場景模擬器存在的高密度脈沖流情況下復雜信號的校準問題。與信號分析儀比測結果如圖5至圖8所示。

圖5 脈間/脈組/脈內捷變以及線性/非線性調頻信號信號分析儀測試結果

圖6 調相信號信號分析儀測試結果

圖7 基于信道化接收機的校準裝置測試結果1(table)

圖8 基于信道化接收機的校準裝置測試結果2(脈內捷變頻測試圖表)

6 結束語

本文提出的校準系統能夠接收并采集雷達場景模擬器發出的高密度復雜脈沖流,并進行分析處理,對模擬器輸出的測試信號提供實時、快速、準確的校準,形成相應的校準規范和技術文件。通過校準,對模擬器的測試精度進行溯源,確保量值統一?？s短了測試設備的研制、生產、調試周期,為雷達場景模擬器快速形成提供了技術保障,經濟效益和社會效益明顯。