專利名稱：全信號(hào)海面回波模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及星載海洋雷達(dá)高度計(jì)的地面測試系統(tǒng)，具體地說，涉及其中的海面回波模擬器。
背景技術(shù)：
海面回波模擬器是星載海洋雷達(dá)高度計(jì)地面測試系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，隨著衛(wèi)星測高技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今星載雷達(dá)高度計(jì)大都采用高脈沖壓縮比和長線性調(diào)頻脈沖(Chirp)發(fā)射的體制，其脈沖寬度通常為幾十至100微秒左右，很難通過航空校飛達(dá)到對(duì)儀器進(jìn)行檢測的目的；同時(shí)，作為高精度衛(wèi)星測高儀器的高度計(jì)系統(tǒng)也需要精密的地面測試及定標(biāo)。海面回波模擬器利用對(duì)射頻海面回波的模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)高度計(jì)進(jìn)行全系統(tǒng)測試，可以精密檢測高度計(jì)的系統(tǒng)時(shí)延，驗(yàn)證去斜精度和高度的動(dòng)態(tài)跟蹤能力，驗(yàn)證海洋有效波高和后向散射系數(shù)的動(dòng)態(tài)估測能力。
海面回波模擬器的主要功能是模擬海洋表面對(duì)高度計(jì)發(fā)射信號(hào)的后向散射，具體包括(1)海洋表面的雷達(dá)截面(RCS)；(2)海洋有效波高(SWH)；(3)衛(wèi)星高度角；(4)高度、高度變化率、高度加速度；(5)海洋后向散射的統(tǒng)計(jì)特性；(6)海洋后向散射的空間和時(shí)間相關(guān)等。
根據(jù)海面后向散射模型，全信號(hào)回波模擬器提供給高度計(jì)的模擬回波功率應(yīng)該包含三個(gè)最基本的信息路徑傳輸延時(shí)、海面回波波譜及雷達(dá)系統(tǒng)的點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)。圖1為全系統(tǒng)海面回波模擬器的工作原理框圖?？梢钥闯觯Ｃ婊夭M器包括海面回波波譜產(chǎn)生器、調(diào)制器、延時(shí)線、可調(diào)衰減器和定時(shí)器，其中可調(diào)衰減器與高度計(jì)的發(fā)射機(jī)相連，而延時(shí)線的輸出則與高度計(jì)的接收機(jī)相連。來自高度計(jì)的信號(hào)通過可調(diào)衰減器控制其幅度，并在精密定時(shí)器的控制下被海面回波波譜調(diào)制，生成的回波信號(hào)經(jīng)延時(shí)線返回給高度計(jì)的接收機(jī)，再由高度計(jì)處理收到的模擬器信號(hào)。由于模擬器給出的信號(hào)是嚴(yán)格按照高度計(jì)海面后向散射模型生成的，因此它可以作為標(biāo)準(zhǔn)來衡量高度計(jì)的測量誤差，通過對(duì)高度計(jì)的反復(fù)調(diào)整使高度計(jì)的運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)。
回波模擬器從提供信號(hào)的形式及用途上，可分為點(diǎn)目標(biāo)模擬器和海面目標(biāo)模擬器；從技術(shù)角度上看，可以分為信號(hào)重復(fù)型和脈沖重建型。下面僅介紹兩種現(xiàn)有的回波模擬器脈沖重建去斜型全數(shù)字點(diǎn)目標(biāo)模擬器和脈沖重建型海面目標(biāo)模擬器。
脈沖重建去斜型全數(shù)字點(diǎn)目標(biāo)模擬器的框圖如圖2所示。輸入的Chirp信號(hào)經(jīng)衰減后被一個(gè)具有相同色散和脈寬的上變頻Chirp去斜，脈沖捕獲環(huán)調(diào)整Chirp定時(shí)直到中頻信號(hào)在低通濾波器中被檢測到。通過數(shù)字化采樣的I、Q通道的建立，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行譜分析。采樣點(diǎn)被存儲(chǔ)起來以備后來之用；采用微延時(shí)技術(shù)可以對(duì)去斜混頻時(shí)模擬器和高度計(jì)Chirp間的精時(shí)間位移進(jìn)行計(jì)算，獲得改善的定時(shí)用于修正延時(shí)計(jì)數(shù)器對(duì)沖擊脈沖產(chǎn)生器的觸發(fā)。與回波到來時(shí)刻對(duì)應(yīng)，計(jì)數(shù)器再次觸發(fā)脈沖觸發(fā)Chirp產(chǎn)生器。中頻存儲(chǔ)信號(hào)重新轉(zhuǎn)換回模擬形式并與Chirp混頻，再生的波形與從高度計(jì)接收到的Chirp具有相同的頻率-時(shí)間特性。經(jīng)過上變頻后，信號(hào)被重新發(fā)射回高度計(jì)。
該模擬器僅僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)高度計(jì)點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的模擬，只能對(duì)高度計(jì)的系統(tǒng)時(shí)延和線性度進(jìn)行測試，不能對(duì)高度計(jì)進(jìn)行全系統(tǒng)測試和定標(biāo)，而且其微延時(shí)的產(chǎn)生是靠高頻脈動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)的，時(shí)間上具有很大的模糊性。
海面目標(biāo)模擬器是在點(diǎn)目標(biāo)模擬器的基礎(chǔ)上，將海面回波波譜調(diào)制到射頻信號(hào)上，使提供給高度計(jì)的信號(hào)真實(shí)地模擬了海面的后向散射。脈沖重建型海面目標(biāo)模擬器的結(jié)構(gòu)如圖3，包括多頻音海洋回波函數(shù)發(fā)生器(ORF)、調(diào)制器、延時(shí)器、可調(diào)衰減器、定時(shí)器和開關(guān)，其定時(shí)觸發(fā)來自高度計(jì)。高度計(jì)的發(fā)射觸發(fā)脈沖啟動(dòng)模擬器的定時(shí)，模擬器在定時(shí)器的控制下同步觸發(fā)開關(guān)和多頻音ORF，高度計(jì)的發(fā)射脈沖經(jīng)過開關(guān)、可調(diào)衰減器到達(dá)調(diào)制器，同時(shí)，多頻音ORF生成模擬的海面回波波形在調(diào)制器中對(duì)高度計(jì)脈沖進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)延時(shí)后作為海面回波的模擬發(fā)回高度計(jì)。
由于該模擬器產(chǎn)生的延時(shí)是相對(duì)于高度計(jì)的發(fā)射觸發(fā)脈沖，并不是相對(duì)于高度計(jì)的發(fā)射脈沖，而測試高度計(jì)需要的是后者，因此必須采取其它儀器對(duì)高度計(jì)發(fā)射觸發(fā)脈沖與發(fā)射脈沖間的延時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，這在實(shí)際中是很難實(shí)現(xiàn)的。另外，多頻音ORF生成的海面回波波形是通過硬件模擬的方法實(shí)現(xiàn)的，只能模擬一定海況范圍內(nèi)的海面回波，不能對(duì)全海況條件下海面回波進(jìn)行完全的模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供全信號(hào)的海面回波模擬器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不能準(zhǔn)確模擬雙程路徑傳輸延時(shí)、不能模擬全海況條件下的海面回波、不能由一臺(tái)回波模擬器既能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)模擬又能實(shí)現(xiàn)海面回波模擬等問題。
本發(fā)明所述全信號(hào)海面回波模擬器，包括頻綜單元、接收單元、上變頻單元和數(shù)控單元；所述頻綜單元，用于為上變頻單元和接收單元提供標(biāo)準(zhǔn)的本振信號(hào)；所述接收單元，用于對(duì)來自高度計(jì)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，并將所獲得的I、Q信號(hào)送到所述數(shù)控單元進(jìn)行處理；所述上變頻單元，用于將來自所述數(shù)控單元的海面回波模擬信號(hào)或點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)調(diào)制到線性調(diào)頻脈沖上，并將所得的模擬回波信號(hào)發(fā)送給高度計(jì)；所述數(shù)控單元，用于根據(jù)所述接收單元的信號(hào)捕獲跟蹤高度計(jì)信號(hào)、采集和存儲(chǔ)去斜后高度計(jì)信號(hào)，以及完成海面回波模擬信號(hào)和點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的數(shù)字合成，并輸出給所述上變頻單元。
本發(fā)明通過多頻點(diǎn)數(shù)字合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確模擬海面回波波譜，避免了采用模擬器件帶來的系統(tǒng)復(fù)雜、不容易匹配、失真以及動(dòng)態(tài)范圍小等缺點(diǎn)的限制；通過采用脈沖重建技術(shù)對(duì)高度計(jì)發(fā)射信號(hào)的雙程時(shí)延和衛(wèi)星平臺(tái)軌道攝動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，實(shí)現(xiàn)了高度計(jì)的系統(tǒng)時(shí)延及線性度的準(zhǔn)確測試；通過模擬射頻海面回波，實(shí)現(xiàn)對(duì)高度計(jì)捕獲跟蹤模式的驗(yàn)證，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高度計(jì)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)至平均海平面高度、海洋有效波高測量的標(biāo)定；通過采用可調(diào)衰減器模擬海面后向散射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高度計(jì)自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)的準(zhǔn)確測試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高度計(jì)對(duì)海面后向散射系數(shù)測量的標(biāo)定。


圖1是全系統(tǒng)海面回波模擬器的工作原理框圖；圖2是現(xiàn)有的脈沖重建去斜型全數(shù)字點(diǎn)目標(biāo)模擬器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是現(xiàn)有的脈沖重建型海面目標(biāo)模擬器的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明全信號(hào)海面回波模擬器的系統(tǒng)框圖；圖5是本發(fā)明全信號(hào)海面回波模擬器的結(jié)構(gòu)框圖；圖6是頻綜單元中頻率合成器的結(jié)構(gòu)框圖；圖7是數(shù)控單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖8是FPGA電路的功能框圖；圖9是數(shù)控單元的硬件時(shí)序圖；圖10是基于C30的嵌入式軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。圖1至圖3是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的介紹，已經(jīng)在前面詳細(xì)描述過，此處不再贅述。
本發(fā)明綜合了點(diǎn)目標(biāo)模擬器和海面回波模擬器，實(shí)現(xiàn)既可以模擬高度計(jì)的點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)，又可以模擬海面回波信號(hào)。
圖4、圖5給出了本發(fā)明全信號(hào)海面回波模擬器的框圖，它包括頻綜單元、接收單元、上變頻單元和數(shù)控單元。
頻綜單元用于為上變頻單元和接收單元提供標(biāo)準(zhǔn)的本振信號(hào)，具體包括頻率合成器、線性調(diào)頻脈沖(Chirp)產(chǎn)生器、倍頻器、隔離器、第一本振、第二本振、上變頻放大器1、上變頻放大器2、濾波器和2個(gè)混頻器。
頻率合成器用于產(chǎn)生頻綜單元內(nèi)部所需的所有頻點(diǎn)，如圖6所示，包括晶體振蕩器、鑒相器1、2個(gè)低通濾波器、壓控振蕩器1、功分器、分路器、超穩(wěn)定振蕩器USO、放大分路器、窄脈沖形成器、采樣器、壓控振蕩器2、鑒相器2、平衡混頻器、5分頻器、2個(gè)2分頻器、78分頻器、11倍頻器、5個(gè)濾波器和6個(gè)放大器。晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過鑒相器1后進(jìn)行78分頻，經(jīng)過壓控振蕩器1后由功分器分為兩路，一路直接輸出1.17GHz參考信號(hào)給第一本振，另一路與來自分路器的信號(hào)混頻并通過濾波器和放大器后輸出1.245GHz參考信號(hào)給上變頻單元的功分器2；超穩(wěn)定振蕩器(USO)提供的高穩(wěn)定度、高精度標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)由放大分路器分為4路第一路經(jīng)過分頻、濾波、與第二路75MHz混頻后輸出80MHz參考信號(hào)給數(shù)控單元作為定時(shí)參考；第二路經(jīng)分頻、混頻、濾波、放大、分路后輸出75MHz給上變頻單元的正交調(diào)制器、接收單元的相位檢波器作為本振信號(hào)；第三路經(jīng)放大、倍頻、濾波、放大后輸出550MHz信號(hào)給頻綜單元的Chirp產(chǎn)生器用于生成Chirp信號(hào)；第四路經(jīng)放大、窄脈沖形成器、取樣、低通濾波、壓控振蕩器2、鑒相器2，得到的13.35GHz信號(hào)與第三路的550MHz信號(hào)進(jìn)行平衡混頻，濾波、放大后輸出12.8GHz參考信號(hào)給第二本振。
線性調(diào)頻脈沖(Chirp)產(chǎn)生器需采用與高度計(jì)中一樣的Chirp產(chǎn)生器，這樣能夠保證模擬器給出的點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)模擬信號(hào)具有足夠高的保真度。Chirp產(chǎn)生器產(chǎn)生的Chirp信號(hào)經(jīng)過倍頻器、隔離器后與12.8GHz的第二本振進(jìn)行上變頻混頻，獲得13.9GHz±166MHz的Chirp信號(hào)，經(jīng)上變頻放大器1和濾波器后與1.17GHz的第一本振混頻，通過上變頻放大器2后產(chǎn)生15.07GHz±166MHz的Chirp本振信號(hào)，提供給接收單元作為“全去斜坡”的參考信號(hào)，同時(shí)提供給上變頻單元用于海面回波中頻模擬信號(hào)的上變頻混頻。
頻綜單元提供的標(biāo)準(zhǔn)本振信號(hào)包括Chirp本振信號(hào)、中頻本振信號(hào)、相位靈敏檢波本振及正交調(diào)制本振。
接收單元用于對(duì)來自高度計(jì)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，包括可調(diào)衰減器、中頻放大濾波器1、手控衰減器、中頻放大濾波器2、自動(dòng)增益控制衰減器、中頻放大濾波器3、相位檢波器和2個(gè)混頻器。高度計(jì)的發(fā)射信號(hào)經(jīng)過可調(diào)衰減器后與頻綜單元提供的Chirp本振信號(hào)進(jìn)行“全去斜坡”混頻，信號(hào)變換到第一中頻，經(jīng)過放大濾波及衰減器的增益調(diào)整，與中頻本振信號(hào)進(jìn)行下變頻混頻，輸出信號(hào)為第二中頻。再利用自動(dòng)增益控制及中頻放大濾波將信號(hào)調(diào)整到設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍中，在相位檢波器中進(jìn)行相位靈敏檢波，獲得的I、Q信號(hào)送給數(shù)控單元進(jìn)行處理。由于信號(hào)直接來自高度計(jì)，信號(hào)的信噪比很高，所以接收單元前端沒有采用低噪聲放大器，而是直接進(jìn)行“全去斜坡”混頻?？紤]到信號(hào)很強(qiáng)，混頻前利用可調(diào)衰減器降低信號(hào)幅度，可以為混頻器提供過載保護(hù)，并通過變換衰減量模擬不同海況下的后向散射系數(shù)的大小。
上變頻單元包括環(huán)行器、帶通濾波器、功分器1、2、3、上變頻放大濾波器1、上變頻放大濾波器2、正交調(diào)制器和2個(gè)混頻器，其作用是將來自數(shù)控單元的海面回波模擬信號(hào)或點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)調(diào)制到Chirp上，實(shí)現(xiàn)射頻模擬回波。正交調(diào)制器實(shí)現(xiàn)數(shù)控單元的模擬信號(hào)對(duì)正交調(diào)制本振的正交調(diào)制，調(diào)制后信號(hào)經(jīng)過上變頻放大濾波器1與功分器2的輸出信號(hào)混頻，再經(jīng)過上變頻放大濾波器2后，在混頻器中與Chirp本振信號(hào)混頻，生成Chirp射頻模擬回波，輸入帶通濾波器中。在上變頻單元中設(shè)有三級(jí)帶通濾波器，能夠有效抑制來自帶外的干擾；輸出端加隔離器，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的良好匹配，并能夠?qū)崿F(xiàn)30dBc的本振抑制。輸出信號(hào)經(jīng)過環(huán)行器后送回給高度計(jì)。
數(shù)控單元是整個(gè)回波模擬器的核心部分，用于完成海面回波模擬信號(hào)和點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的數(shù)字合成、完成對(duì)高度計(jì)信號(hào)的捕獲跟蹤、完成對(duì)去斜后高度計(jì)信號(hào)的采集和存儲(chǔ)以保存高度計(jì)Chirp信號(hào)的副本、完成副本與模擬的信號(hào)復(fù)相乘并將合成的信號(hào)經(jīng)過DA變換后送給上變頻單元中的正交調(diào)制器、實(shí)現(xiàn)整個(gè)模擬器的時(shí)序控制、產(chǎn)生定時(shí)脈沖、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的全延時(shí)、以及控制接收單元的AGC衰減器。圖7給出了數(shù)控單元的框圖，包括計(jì)算機(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、雙口RAM、微處理器、相位旋轉(zhuǎn)器、DA轉(zhuǎn)換器和FPGA電路，其中微處理器采用了TMS320C30(以下簡稱C30)。計(jì)算機(jī)與C30采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行通信口實(shí)現(xiàn)通信；C30通過自身的數(shù)據(jù)、地址及控制總線與FPGA電路相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA電路的初始化；AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器、雙口RAM、相位旋轉(zhuǎn)器的數(shù)據(jù)線均并接在C30的數(shù)據(jù)總線上，控制線與FPGA相連；AD轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入口與接收單元的相位檢波器的輸出相連；DA轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出口與上變頻單元的正交調(diào)制器的輸入相連；C30的數(shù)據(jù)總線還連接接收單元的自動(dòng)增益控制衰減器的數(shù)字輸入口；來自頻綜單元的80MHz時(shí)鐘和來自高度計(jì)的發(fā)射觸發(fā)分別連接在FPGA電路和數(shù)控延時(shí)器(AD9501)的信號(hào)輸入端；AD9501的輸出送給頻綜單元的Chirp產(chǎn)生器。
數(shù)控單元以C30為核心，通過C30的控制，由FPGA電路實(shí)現(xiàn)所有的時(shí)序控制。FPGA電路和C30以來自頻綜單元的80MHz作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，以來自高度計(jì)的發(fā)射觸發(fā)作為定時(shí)基準(zhǔn)。圖8給出了FPGA電路的框圖，包括延時(shí)計(jì)數(shù)器、全延時(shí)計(jì)數(shù)器、2個(gè)脈沖產(chǎn)生器、2個(gè)數(shù)控延時(shí)器(AD9501)和2個(gè)或門。C30通過總線實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA電路的初始化和控制，延時(shí)計(jì)數(shù)器用于去斜定時(shí)，并通過一個(gè)脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生AD變換、寫雙口RAM需要的脈沖序列；全延時(shí)計(jì)數(shù)器用于模擬回波的定時(shí)，并通過另一個(gè)脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生DA變換、讀雙口RAM需要的脈沖序列；AD9501用于提供定時(shí)所需的微延時(shí)。FPGA電路產(chǎn)生的時(shí)序控制信號(hào)通過AD9501實(shí)現(xiàn)微延時(shí)，精確控制Chirp產(chǎn)生器的觸發(fā)、I、Q信號(hào)的采集、RAM存取以及合成的數(shù)字信號(hào)DA轉(zhuǎn)換。
考慮到C30具有60ns的高速單周期指令執(zhí)行時(shí)間及24位尋址空間，數(shù)控單元采用了更為高效的設(shè)計(jì)1)利用計(jì)算機(jī)的處理能力，用軟件進(jìn)行海面回波模型和點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的數(shù)字合成模擬，大大提高了模擬的準(zhǔn)確性和智能性，使全信號(hào)的模擬過程得到最大程度的簡化；2)采用大存儲(chǔ)容量的RAM。計(jì)算機(jī)給出的模擬信號(hào)數(shù)據(jù)以及數(shù)控單元的初始化數(shù)據(jù)通過RS232串行通信接口傳送給C30并存儲(chǔ)在RAM中，使數(shù)控單元的功能更為靈活；3)采用高速的雙口RAM可以更為有效地利用C30的高速處理和運(yùn)算能力。在C30高速程序指令的控制下，接收單元去斜后的副本信號(hào)數(shù)據(jù)首先在高速雙口RAM中進(jìn)行捕獲跟蹤算法的處理，直到FPGA電路將高度計(jì)信號(hào)的定時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)的精度內(nèi)。然后，副本數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)傳來的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的復(fù)相乘運(yùn)算及相位旋轉(zhuǎn)，結(jié)果仍然存儲(chǔ)在雙口RAM中，當(dāng)FPGA電路中的延時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，同步于FPGA電路對(duì)Chirp產(chǎn)生器的觸發(fā)脈沖，復(fù)相乘運(yùn)算的結(jié)果經(jīng)過DA變換送給上變頻單元進(jìn)行正交調(diào)制。此外，數(shù)控單元通過控制接收單元的AGC衰減器調(diào)整副本的幅度，使接收單元始終保持穩(wěn)定的增益。
圖9是數(shù)控單元的硬件時(shí)序圖。所有時(shí)序的定時(shí)均以頻綜單元提供的80MHz時(shí)鐘為時(shí)鐘基準(zhǔn)，以來自高度計(jì)的發(fā)射觸發(fā)為定時(shí)基準(zhǔn)。高度計(jì)發(fā)射觸發(fā)脈沖觸發(fā)FPGA電路，F(xiàn)PGA電路首先產(chǎn)生Chirp觸發(fā)脈沖序列并啟動(dòng)延時(shí)計(jì)數(shù)器。在一個(gè)周期內(nèi)，前5個(gè)脈沖觸發(fā)頻綜單元的Chirp產(chǎn)生器，用于對(duì)來自高度計(jì)的Chirp信號(hào)進(jìn)行“全去斜坡”混頻，同時(shí)，F(xiàn)PGA電路將產(chǎn)生同步的AD觸發(fā)脈沖序列，對(duì)每個(gè)去斜的信號(hào)進(jìn)行128點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫入雙口RAM中。
為了實(shí)現(xiàn)C30處理器對(duì)數(shù)據(jù)的同步處理，C30處理器采用了中斷方式，F(xiàn)PGA電路產(chǎn)生一路與AD觸發(fā)脈沖序列同步的脈沖信號(hào)作為處理器的中斷觸發(fā)。當(dāng)數(shù)據(jù)成功寫入雙口RAM后，處理器進(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序通過數(shù)據(jù)處理，在延時(shí)計(jì)數(shù)結(jié)束前完成捕獲跟蹤算法、采集的數(shù)據(jù)與模擬的數(shù)據(jù)復(fù)相乘運(yùn)算、相位旋轉(zhuǎn)。
延時(shí)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，F(xiàn)PGA電路產(chǎn)生同一周期內(nèi)的后5個(gè)脈沖觸發(fā)頻綜單元的Chirp產(chǎn)生器，同時(shí)讀出雙口RAM中的數(shù)據(jù)結(jié)果，給出DA觸發(fā)脈沖序列，產(chǎn)生I、Q模擬信號(hào)經(jīng)過上變頻單元的正交調(diào)制器后，與來自Chirp產(chǎn)生器的Chirp本振進(jìn)行上變頻混頻，輸出的射頻回波模擬信號(hào)送給高度計(jì)。
數(shù)控單元中還包括C30嵌入式軟件和回波模擬軟件兩個(gè)軟件?；贑30的嵌入式軟件流程如圖10所示。軟件初始化包括初始化FPGA電路、初始化RAM、初始化雙口RAM、初始化中斷。初始化結(jié)束后，C30處理器進(jìn)入中斷等待狀態(tài)。中斷信號(hào)來自FPGA電路，同步于AD觸發(fā)脈沖。中斷信號(hào)到來時(shí)表明接收單元已經(jīng)完成了對(duì)高度計(jì)信號(hào)的“全去斜坡”，在FPGA電路的控制下，AD采集的數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入雙口RAM。這時(shí)，軟件進(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序首先將雙口RAM中的數(shù)據(jù)讀入RAM中，然后執(zhí)行捕獲跟蹤算法、復(fù)相乘、相位旋轉(zhuǎn)，將結(jié)果重新寫入雙口RAM中，最后退出中斷服務(wù)程序，C30重新進(jìn)入中斷等待狀態(tài)。以上過程的執(zhí)行在FPGA電路中的全延時(shí)計(jì)數(shù)結(jié)束前完成?；夭M軟件是依據(jù)海面回波模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)海面回波的真實(shí)模擬的。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，包括頻綜單元、接收單元、上變頻單元和數(shù)控單元；所述頻綜單元，用于為上變頻單元和接收單元提供標(biāo)準(zhǔn)的本振信號(hào)；所述接收單元，用于對(duì)來自高度計(jì)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，并將所獲得的I、Q信號(hào)送到所述數(shù)控單元進(jìn)行處理；所述上變頻單元，用于將來自所述數(shù)控單元的海面回波模擬信號(hào)或點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)調(diào)制到線性調(diào)頻脈沖上，并將所得的模擬回波信號(hào)發(fā)送給高度計(jì)；所述數(shù)控單元，用于根據(jù)所述接收單元的信號(hào)捕獲跟蹤高度計(jì)信號(hào)、采集和存儲(chǔ)去斜后高度計(jì)信號(hào)，以及完成海面回波模擬信號(hào)和點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的數(shù)字合成，并輸出給所述上變頻單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述頻綜單元包括頻率合成器、線性調(diào)頻脈沖產(chǎn)生器、倍頻器、隔離器、第一本振、第二本振、第一上變頻放大器、第二上變頻放大器和2個(gè)混頻器；所述頻率合成器，用于產(chǎn)生所述頻綜單元內(nèi)部所需的所有頻點(diǎn)，并輸出給所述線性調(diào)頻脈沖產(chǎn)生器；所述線性調(diào)頻脈沖產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生負(fù)線性調(diào)頻斜率的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過倍頻器、隔離器后與第二本振進(jìn)行上變頻混頻，獲得線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，經(jīng)第一上變頻放大器和濾波器后與第一本振混頻，通過第二上變頻放大器后產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖本振信號(hào)，輸出到所述接收單元和所述上變頻單元中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述頻率合成器進(jìn)一步包括晶體振蕩器、第一鑒相器、2個(gè)低通濾波器、第一壓控振蕩器、功分器、分路器、超穩(wěn)定振蕩器、放大分路器、窄脈沖形成器、采樣器、第二壓控振蕩器、第二鑒相器、平衡混頻器、78分頻器、5分頻器、2個(gè)2分頻器、11倍頻器、5個(gè)濾波器和6個(gè)放大器；所述晶體振蕩器的信號(hào)經(jīng)過所述第一鑒相器、所述78分頻器和所述第一壓控振蕩器后，由所述功分器分為兩路，一路輸出到所述第一本振，另一路與來自所述分路器的信號(hào)混頻并通過所述濾波器和所述放大器后，輸出給所述上變頻單元的第二功分器；所述超穩(wěn)定振蕩器的參考信號(hào)由所述放大分路器分為4路第一路經(jīng)過所述5分頻器、濾波器和2分頻器，與第二路混頻后輸出給所述數(shù)控單元；第二路經(jīng)所述2分頻器、混頻器、濾波器、放大器和分路器后輸出給所述上變頻單元的中頻正交調(diào)制器、所述接收單元的相位檢波器；第三路經(jīng)所述放大器、11倍頻器、濾波器、放大器后輸出給所述頻綜單元的線性調(diào)頻脈沖產(chǎn)生器；第四路經(jīng)所述放大器、窄脈沖形成器、采樣器、低通濾波器、第二壓控振蕩器和第二鑒相器后與第三路信號(hào)進(jìn)行平衡混頻，經(jīng)所述濾波器、放大器后輸出給所述第二本振。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述接收單元包括可調(diào)衰減器、第一中頻放大濾波器、手控衰減器、第二中頻放大濾波器、自動(dòng)增益控制衰減器、第三中頻放大濾波器、相位檢波器和2個(gè)混頻器；來自高度計(jì)的發(fā)射信號(hào)經(jīng)過可調(diào)衰減器后與所述頻綜單元提供的線性調(diào)頻脈沖本振信號(hào)進(jìn)行全去斜坡混頻，信號(hào)變換到第一中頻，經(jīng)過所述第一中頻放大濾波器及所述手控衰減器的增益調(diào)整，與中頻本振信號(hào)進(jìn)行下變頻混頻，輸出信號(hào)為第二中頻，再經(jīng)過所述自動(dòng)增益控制衰減器及所述第三中頻放大濾波器將信號(hào)調(diào)整到設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍中，在所述相位檢波器中進(jìn)行相位靈敏檢波，并將獲得的I、Q信號(hào)送給所述數(shù)控單元進(jìn)行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述上變頻單元包括環(huán)行器、帶通濾波器、第一功分器、第二功分器、第三功分器、第一上變頻放大濾波器、第二上變頻放大濾波器、正交調(diào)制器和2個(gè)混頻器；所述正交調(diào)制器將來自所述數(shù)控單元的模擬信號(hào)與正交調(diào)制本振進(jìn)行正交調(diào)制，調(diào)制后信號(hào)經(jīng)過第一上變頻放大濾波器與第二功分器的輸出信號(hào)混頻，再經(jīng)過第二上變頻放大濾波器后，在混頻器中與線性調(diào)頻脈沖本振信號(hào)混頻，生成線性調(diào)頻脈沖射頻模擬回波，經(jīng)過所述帶通濾波器濾波后，經(jīng)所述環(huán)行器返回給高度計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述上變頻單元還包括隔離器，位于所述帶通濾波器和所述環(huán)行器之間，用于實(shí)現(xiàn)30dBc的本振抑制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述數(shù)控單元包括計(jì)算機(jī)、AD轉(zhuǎn)換單元、雙口RAM、微處理器、相位旋轉(zhuǎn)器、DA轉(zhuǎn)換單元和FPGA電路；所述計(jì)算機(jī)，用于完成海面回波模擬信號(hào)和點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的數(shù)字合成，并將模擬的信號(hào)數(shù)據(jù)通過串行通信接口輸出給所述微處理器；所述AD轉(zhuǎn)換單元，用于將來自所述接收單元的I、Q信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并存儲(chǔ)在所述雙口RAM中；所述雙口RAM，用于存儲(chǔ)來自所述微處理器和所述AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)；所述微處理器，用于執(zhí)行捕獲跟蹤高度計(jì)信號(hào)算法，將高度計(jì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的副本數(shù)據(jù)與所述計(jì)算機(jī)傳來的模擬信號(hào)進(jìn)行復(fù)相乘運(yùn)算，并把結(jié)果輸出到所述雙口RAM中存儲(chǔ)，同時(shí)輸出給所述接收單元中的自動(dòng)增益控制衰減器；所述相位旋轉(zhuǎn)器，用于將所述微處理器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過所述DA轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換，輸出給所述上變頻單元；所述FPGA電路，用于產(chǎn)生時(shí)序控制信號(hào)，控制所述數(shù)控單元的所有時(shí)序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述微處理器采用的是TMS320C30。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述FPGA電路進(jìn)一步包括延時(shí)計(jì)數(shù)器、全延時(shí)計(jì)數(shù)器、第一脈沖產(chǎn)生器、第二脈沖產(chǎn)生器、2個(gè)數(shù)控延時(shí)器和2個(gè)或門；所述微處理器通過總線實(shí)現(xiàn)對(duì)所述FPGA電路的初始化和控制；所述延時(shí)計(jì)數(shù)器用于去斜定時(shí)，并通過所述第一脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生AD變換、寫雙口RAM需要的脈沖序列；所述全延時(shí)計(jì)數(shù)器用于模擬回波的定時(shí)，并通過所述第二脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生DA變換、讀雙口RAM需要的脈沖序列；所述數(shù)控延時(shí)器用于提供定時(shí)所需的微延時(shí)，控制所述線性調(diào)頻脈沖產(chǎn)生器的觸發(fā)、I、Q信號(hào)的采集、雙口RAM存取以及合成的數(shù)字信號(hào)DA轉(zhuǎn)換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的全信號(hào)海面回波模擬器，其特征在于，所述數(shù)控延時(shí)器采用AD9501。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全信號(hào)海面回波模擬器，用于模擬射頻海面回波，包括頻綜單元、接收單元、上變頻單元和數(shù)控單元；頻綜單元用于為上變頻單元和接收單元提供標(biāo)準(zhǔn)的本振信號(hào)，接收單元用于對(duì)來自高度計(jì)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，上變頻單元用于將來自數(shù)控單元的海面回波模擬信號(hào)或點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)調(diào)制到Chirp上，數(shù)控單元?jiǎng)t主要用于完成海面回波模擬信號(hào)和點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的數(shù)字合成。本發(fā)明通過多頻點(diǎn)數(shù)字合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確模擬海面回波波譜，避免了采用模擬器件帶來的系統(tǒng)復(fù)雜、不易匹配、失真以及動(dòng)態(tài)范圍小等缺點(diǎn)；通過采用脈沖重建技術(shù)對(duì)高度計(jì)發(fā)射信號(hào)點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的雙程時(shí)延和衛(wèi)星平臺(tái)軌道攝動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，實(shí)現(xiàn)了高度計(jì)的系統(tǒng)時(shí)延及線性度的準(zhǔn)確測試。
文檔編號(hào)G01S7/40GK1548984SQ03131100
公開日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者郭偉, 張曉輝, 郭 偉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心