專利名稱：二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主要應用于飛行器外彈道測量設備中，對二次雷達回波脈沖進行時域波形重構(gòu)，并在此基礎上完成脈沖參數(shù)精確測量的方法。
背景技術：
在航天器靶場發(fā)射試驗中，二次雷達配合地面雷達站共同完成飛行器的測量測控任務，是飛行器重要的組成部分。在二次雷達裝箭前，測試系統(tǒng)必須對二次雷達轉(zhuǎn)發(fā)脈沖信號作精確的時域分析，包括脈沖上升時間、下降時間(幾十ns量級)、脈沖寬度、脈沖到達時間、脈沖時延以及由脈沖參數(shù)反映的二次雷達功率等，這就需要對脈沖進行時域重構(gòu)并完成其精確參數(shù)測量。如圖3所示為目前采用的靶場測試方法，是完全依靠在測試廠房接入 信號源、示波器、耦合器、功率計、時間間隔測試儀等專用儀器測量二次雷達參數(shù)。在測量脈沖參數(shù)時，需要首先將待測二次雷達射頻回波脈沖，經(jīng)檢波器檢波得到視頻脈沖，然后通過示波器觀察視頻脈沖，人工判讀脈沖上升時間、下降時間、脈沖寬度以及脈沖占空比等參數(shù)；測量脈沖功率時，則利用耦合器獲得部分射頻脈沖能量，通過功率計讀出射頻脈沖平均功率，然后結(jié)合耦合器耦合度、示波器讀出的脈沖占空比，通過人工計算出二次雷達脈沖峰值功率；而脈沖到達時間、飛行器距離參數(shù)則完全依賴時間間隔測試儀測量。因此，現(xiàn)有測試方法存在周邊測試設備繁多、連接復雜、測量操作繁瑣、測量結(jié)果需通過人工計算判決等不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有測試方法的上述不足，本發(fā)明提供了一種操作簡便可靠、測量精確，不依賴通用儀器，對二次雷達回波脈沖進行精確測量的方法。上述目的可以通過本發(fā)明提供的一種二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法來達到，其特征包括如下步驟首先利用對數(shù)放大器的信號強弱檢測功能，對來自二次雷達的回波脈沖進行檢波，以獲取視頻脈沖信號；視頻脈沖經(jīng)信號調(diào)理電路放大，再轉(zhuǎn)換成差分信號后，進入高速A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D采樣，A/D采樣數(shù)據(jù)進入FPGA檢測觸發(fā)脈沖同步信號，由FPGA內(nèi)部計數(shù)器計算觸發(fā)脈沖和回波脈沖之間的時鐘個數(shù)，通過該時鐘數(shù)獲取飛行器距離參數(shù)，同時將A/D采樣數(shù)據(jù)編碼組幀，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)編碼組幀后通過cPCI總線，提交到計算機分析處理軟件，解算脈沖功率和飛行器距離參數(shù)，測量二次雷達回波脈沖的各項參數(shù)，并將測量得到的時域波形重構(gòu)到人機界面顯示參數(shù)輸出。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果本發(fā)明采用高速A/D、cPCI總線和軟件處理相結(jié)合，對二次雷達脈沖回波脈沖進行時域恢復并完成其參數(shù)精確測量的方法。采用對數(shù)放大器完成信號檢波、信號調(diào)理，利用高速A/D采樣量化脈沖視頻信號，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)編碼組幀后通過總線提交給測量分析軟件，通過軟件相關算法完成脈沖幅度PA、上升時間τ 、下降時間τ 2、脈沖寬度PW、到達時間TOA、峰值功率P以及飛行器距離R等參數(shù)的實時測量，將其時域波形重構(gòu)到人機界面顯示。減少了示波器、功率計、時間間隔測試儀等通用儀器的使用，極大地簡化了靶場地面系統(tǒng)設備配置和繁雜的測試過程，提高了靶場發(fā)射試驗工作效率，提高了測試的方便性。在脈沖波形重構(gòu)過程中，本發(fā)明利用對數(shù)放大器的信號強弱檢測功能完成回波脈沖的檢波得到視頻脈沖信號，該視頻脈沖進行高速采集后再由計算機軟件完成數(shù)據(jù)分析處理，實現(xiàn)脈沖的波形重構(gòu)及多種參數(shù)精確測量，操作簡單，無需復雜繁瑣的人工操作，啟動設備，即可實時測量二次雷達的距離參數(shù)、脈沖參數(shù)，并自動記錄上述參數(shù)的變化情況。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖I是本發(fā)明對二次雷達回波脈沖進行測量的原理框圖。圖2是本發(fā)明對脈沖參數(shù)進行測量的數(shù)學模型。 圖3是現(xiàn)有技術對二次雷達回波脈沖進行測量的原理框圖。
具體實施例方式參閱圖I。根據(jù)本發(fā)明，首先對二次雷達射頻回波脈沖進行檢波，利用對數(shù)放大器的信號強弱檢測功能完成信號檢波，獲得視頻脈沖；采用壓擺率達到2. 5V/ns的運算放大器將放大后的視頻脈沖轉(zhuǎn)換成差分信號，采用300MHz工作時鐘的高速A/D對差分信號進行采樣，通過A/D編碼量化后進入FPGA做檢測。在FPGA中，隨時檢測觸發(fā)脈沖信號，一旦檢測到該信號，即以300MHz工作時鐘開始計數(shù)。當FPGA檢測到經(jīng)A/D量化的視頻脈沖時則記錄計數(shù)脈沖數(shù)N，同時清零計數(shù)器以等待下一個觸發(fā)脈沖，重新開始計數(shù)。考慮雷達信號最大重復周期10ms，為保證收到回波脈沖前計數(shù)器不溢出，計數(shù)器最小計數(shù)深度應大于IOms X 300MHz = 3X106。FPGA收到回波脈沖后，飛行器距離R由R=NXC/2X 300MHz得到，其中C為光速，N為脈沖數(shù)。同時，F(xiàn)PGA將高速A/D采集的視頻脈沖編碼量化信息傳輸?shù)接嬎銠C中，通過嵌入計算機中的數(shù)據(jù)分析處理軟件測量其脈沖參數(shù)；數(shù)據(jù)分析處理軟件通過檢測脈沖包絡中過沖樣點的最大值確定脈沖頂部數(shù)據(jù)的位置。采用深度為512、寬度為IObit的存儲器緩存脈沖波形數(shù)據(jù)，寫時鐘為高速A/D工作時鐘，讀時鐘為總線時鐘。FPGA把把每次采集的512個采樣數(shù)據(jù)，依次存儲并上報至分析處理軟件展開后續(xù)信號處理。視頻脈沖采樣數(shù)據(jù)上傳到計算機后，則啟動數(shù)據(jù)分析處理軟件，對采樣數(shù)據(jù)進行處理，通過相關算法完成脈沖幅度PA、脈沖上升τ 、下降時間τ 2、脈沖寬度PW、脈沖到達時間Τ0Α、脈沖功率P，以及飛行器距離R的參數(shù)測量，同時將視頻脈沖時域波形送到人機界面顯示輸出。參閱圖2。脈沖上升時間τ I、下降時間τ 2可通過脈沖前沿的線性擬合及內(nèi)插獲得極高的測量精度。由于濾波器的影響，脈沖包絡具有一定長度的前沿。一般情況下，在
O.5到O. 9倍脈幅之間的脈沖前沿可近似為線性。因此，通過對這段脈沖前沿進行線性擬合后，與-3分貝幅度門限(約為O. 708倍脈幅)相交確定脈沖前沿值，同時以O. I和O. 9倍脈沖幅度之間的點數(shù)確定上升和下降沿時間，在-3分貝門限的左右各取固定的Ν/2個采樣點，N的選擇則要保證在可能的最短的脈沖前沿下所取得樣點不超出O. 9倍脈幅之外。脈沖下降時間測量方法同上升時間。利用-3分貝幅度門限來限定脈沖脈寬PW，從而克服信號幅度起伏對參數(shù)測量的影響。數(shù)據(jù)分析處理軟件處理時先將脈沖幅度PA乘以181再除以256得到-3分貝幅度門限值，再由計數(shù)器統(tǒng)計樣點中過門限點數(shù)，從而得到PW的估值。在測量脈沖到達時間TOA時，以測量脈沖前沿法為基準，通過對脈沖前沿進行線性擬合后，與-3分貝幅度門限相交確定TOA值。由于濾波器的影響，脈沖包絡具有一定長度的前沿。一般情況下，在O. 5到O. 9倍脈幅之間的脈沖前沿可近似為線性。因此，通過對這段脈沖前沿進行線性擬合后，與-3分貝幅度門限(約為O. 708倍脈幅)相交確定TOA值。同時，利用脈沖前沿測量TOA還可以避免多徑傳輸?shù)挠绊?。被測脈沖峰值功率由如下公式自動計算得到，整個計算過程由自研的單脈沖應答機綜測儀軟件完成數(shù)據(jù)處理。
權利要求
1.一種二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于包括如下步驟 首先利用對數(shù)放大器的信號強弱檢測功能，對來自二次雷達的回波信號進行檢波以獲取視頻脈沖信號，所得到的視頻脈沖經(jīng)信號調(diào)理電路放大，再經(jīng)運算放大器轉(zhuǎn)換成差分信號后，進入高速A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D采樣，A/D采樣后的數(shù)據(jù)進入FPGA檢測回波脈沖信號，由FPGA內(nèi)部計數(shù)器計算觸發(fā)脈沖和回波脈沖之間的時鐘個數(shù)，通過該計算值獲取飛行器距離參數(shù)；同時將A/D采樣數(shù)據(jù)編碼組幀后通過cPCI總線提交到計算機分析處理軟件，解算脈沖功率和飛行器距離參數(shù)，獲取二次雷達回波脈沖的各項參數(shù)，將測量的時域波形輸出到人機界面顯示。
2.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量方法，其特征在于，所述運算放大器的壓擺率為2. 5V/ns。
3.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量方法，其特征在于，在FPGA檢測到觸發(fā)脈沖信號時，以300MHz工作時鐘開始計數(shù)。
4.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，F(xiàn)PGA將高速A/D采集的視頻脈沖編碼量化信息傳輸?shù)接嬎銠C中，通過數(shù)據(jù)分析處理軟件測量脈沖參數(shù)，并采用深度為512、寬度為IObit的存儲器緩存脈沖波形數(shù)據(jù)，寫時鐘為高速A/D工作時鐘，讀時鐘為總線時鐘。
5.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，F(xiàn)PGA把每次采集的512個采樣數(shù)據(jù)，依次存儲并上報至分析處理軟件展開后續(xù)信號處理。
6.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，被測脈沖峰值功率由下式計算，
7.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析處理軟件通過檢測脈沖包絡中過沖樣點的最大值確定脈沖頂部數(shù)據(jù)的位置。
8.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)分析處理軟件測得的脈沖幅度PA乘以181再除以256得到-3分貝幅度門限值，再由計數(shù)器統(tǒng)計樣點中過門限點數(shù)，得到PW的估值。
9.按權利要求8所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，在測量脈沖到達時間TOA時，以測量脈沖前沿法為基準，通過對脈沖前沿進行線性擬合后，與-3分貝幅度門限相交確定TOA值。
10.按權利要求I所述的二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，其特征在于，計數(shù)器最小計數(shù)深度大于10msX300MHZ = 3X106，F(xiàn)PGA收到回波脈沖后，飛行器距離R由R=NX C/2 X 300MHz得到，其中C為光速，N為脈沖數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種二次雷達回波脈沖參數(shù)測量的方法，旨在提供一種操作簡便可靠、測量精確，不依賴通用儀器，對二次雷達回波脈沖進行精確測量的方法。本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)首先用對數(shù)放大器檢測二次雷達的回波脈沖，檢波獲取視頻脈沖信號，視頻脈沖信號轉(zhuǎn)換成差分信號后，進入高速A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D采樣，A/D采樣數(shù)據(jù)進入FPGA檢測觸發(fā)脈沖同步信號，由FPGA內(nèi)部計數(shù)器計算時鐘個數(shù)，獲取飛行器距離參數(shù)，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)編碼組幀后通過總線提交給計算機分析處理軟件，解算脈沖功率和飛行器距離參數(shù)，獲取二次雷達回波脈沖的各項參數(shù)，將測量的時域波形重構(gòu)到人機界面并顯示參數(shù)輸出。本發(fā)明減少了示波器、功率計等通用儀器的使用，簡化了繁雜的測試過程。
文檔編號G01R29/02GK102798846SQ201210296878
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權日2012年8月20日
發(fā)明者冷建明, 王勤果, 張昌菊 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所