本發(fā)明涉及一種雷達(dá)回波相參模擬方法，具體涉及一種基于頻率實(shí)時(shí)測量的雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法，屬于雷達(dá)回波模擬技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

雷達(dá)回波模擬是系統(tǒng)模擬技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，雷達(dá)回波模擬的對象是雷達(dá)的目標(biāo)和環(huán)境，模擬的結(jié)果是復(fù)現(xiàn)蘊(yùn)含雷達(dá)目標(biāo)及目標(biāo)環(huán)境信息的雷達(dá)回波信號。雷達(dá)回波多普勒頻率直接反映雷達(dá)與目標(biāo)之間的相對運(yùn)動速度信息，然而，當(dāng)雷達(dá)回波模擬器(后文簡稱模擬器)與雷達(dá)系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同源時(shí)，利用模擬器本地時(shí)鐘直接模擬產(chǎn)生的多普勒頻率與實(shí)際雷達(dá)回波多普勒頻率不可避免地存在頻率偏差，該頻率偏差被稱為偽多普勒。為了消除偽多普勒的影響，提高雷達(dá)回波多普勒頻率模擬的精度，目前工程上常使用兩種方法：一種是利用外部參考頻率輸入的方式，另一種則是利用模擬器本地鎖相環(huán)來跟蹤雷達(dá)發(fā)射載波頻率。

2004年由孫玉柱等人在《飛行器測控學(xué)報(bào)》期刊第23卷第2期第41頁至43頁發(fā)表的“基于dds技術(shù)的雷達(dá)多普勒頻率模擬器”一文中，以及2005年由趙將等人在《電子技術(shù)應(yīng)用》期刊第9期第20頁至22頁發(fā)表的“基于dsp、dds和arm的雷達(dá)中頻信號模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”一文中，均提出了使用外部參考頻率輸入將雷達(dá)和模擬器共用一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)源，從而保證兩者的發(fā)射載波與工作時(shí)鐘均相參的雷達(dá)回波模擬方法，這種工作方式模擬精度高。但多數(shù)場景下，雷達(dá)通常是一個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng)，無法進(jìn)行基準(zhǔn)頻率輸入和基準(zhǔn)頻率輸出，從而無法直接實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和模擬器的基準(zhǔn)頻率相參。

2013年，由葛堯等人在《無線電工程》期刊第43卷第5期第62頁至64頁發(fā)表的“基于drfm技術(shù)的雷達(dá)模擬器研究設(shè)計(jì)”一文中，提出了一種利用模擬器本地鎖相環(huán)對雷達(dá)發(fā)射的簡單脈沖信號的鎖相與同步，當(dāng)鎖相環(huán)鎖定后實(shí)現(xiàn)了模擬器再生基準(zhǔn)源與雷達(dá)輸入載波的相參，之后利用模擬器再生基準(zhǔn)源進(jìn)行多普勒頻率模擬的方法。該方法消除了偽多普勒，但鎖相環(huán)鑒頻范圍有限，對雷達(dá)產(chǎn)生的大帶寬信號，鎖相環(huán)鎖相跟蹤困難，難于精確產(chǎn)生與雷達(dá)基準(zhǔn)頻率相參的模擬器再生頻率基準(zhǔn)，從而導(dǎo)致難于利用鎖相再生方式實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波的多普勒頻率相參模擬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于頻率實(shí)時(shí)測量的雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法，該方法以提取出的雷達(dá)發(fā)射信號調(diào)制脈沖包絡(luò)作為計(jì)量參考，通過一定數(shù)量調(diào)制脈沖間隔內(nèi)的模擬器本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)周值(周期個(gè)數(shù))與同時(shí)間間隔內(nèi)雷達(dá)時(shí)鐘計(jì)數(shù)周值(周期個(gè)數(shù))的聯(lián)合解算，得出雷達(dá)參考時(shí)鐘與模擬器參考時(shí)鐘間的頻率修正系數(shù)，將頻率修正系數(shù)再用于多普勒頻率模擬補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了對雷達(dá)回波多普勒頻率的相參模擬。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于頻率實(shí)時(shí)測量的雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法，如圖1所示，具體過程為：

步驟一：模擬器對雷達(dá)的發(fā)射信號脈沖進(jìn)行包絡(luò)提??；在n2個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖周期內(nèi)，模擬器利用本地時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)n3；

其中，floor為向下取整函數(shù)；n1為在雷達(dá)發(fā)射脈沖的重復(fù)周期內(nèi)，雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)；fclk_sim表示模擬器上本地時(shí)鐘的頻率；fclk_radar表示雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率；

步驟二，計(jì)算修正后的多普勒頻率模擬量f'd，

其中，fd擬模擬的目標(biāo)所對應(yīng)的多普勒頻率，α為雷達(dá)與模擬器的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率值之比，為頻率修正系數(shù)；

步驟三，利用所述多普勒頻率模擬量f'd，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬。

進(jìn)一步地，本發(fā)明第三步的具體過程為：

首先，根據(jù)所述多普勒頻率模擬量f'd，得到兩路正交多普勒信號：

sdi(n)＝cos(2πf'dnts)(13)

sdq(n)＝sin(2πf'dnts)(14)

其次，利用所述兩路正交多普勒信號對經(jīng)由模擬器本地?cái)?shù)字正交下變頻、低通濾波后的信號進(jìn)行正交多普勒調(diào)制；

再次，對調(diào)制后的信號進(jìn)行包括模擬器本地?cái)?shù)字正交上變頻處理，得到雷達(dá)回波模擬信號，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述模擬器在進(jìn)行本地?cái)?shù)字正交下變頻之前，對接收的信號進(jìn)行下變頻、低通濾波及a/d轉(zhuǎn)換處理；所述模擬器對數(shù)字正交上變頻處理得到的信號還進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換、上變頻及帶通濾波處理。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述帶通濾波器的中心頻率為f0、帶寬為flo_sim/6，其中f0為了達(dá)發(fā)射信號的載波頻率，flo_sim為模擬器進(jìn)行上變頻和下變頻的本振信號的頻率。

有益效果

1)本發(fā)明突破了傳統(tǒng)雷達(dá)回波模擬器實(shí)現(xiàn)相參雷達(dá)回波模擬需增加外部時(shí)鐘基準(zhǔn)的瓶頸，創(chuàng)新性地提出了一種對信號進(jìn)行脈沖提取、多脈沖周期內(nèi)本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻率在線精確測量與補(bǔ)償?shù)亩嗥绽疹l率相參模擬方法，在解決該體制雷達(dá)回波相參模擬難題的同時(shí)改善了雷達(dá)模擬器工作的靈活性。

2)所述方法與雷達(dá)脈沖內(nèi)信號體制無關(guān)，具有廣泛的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法的流程圖；

圖2為實(shí)例1雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法的實(shí)施框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面參照附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)例1：

本實(shí)例基于頻率實(shí)時(shí)測量的雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法，該實(shí)例中雷達(dá)發(fā)射信號為線性調(diào)頻信號，具體過程為：

第一步：模擬器接收信號模型

模擬器接收雷達(dá)發(fā)射的脈沖調(diào)制的線性調(diào)頻信號，表示如下：

其中，f0為雷達(dá)發(fā)射載波頻率，tp為脈沖寬度，tr為脈沖重復(fù)周期，a為線性調(diào)頻信號幅度，k為線性調(diào)頻調(diào)制系數(shù)b為線性調(diào)頻帶寬，為雷達(dá)發(fā)射載波初始相位，rect(t)為矩形脈沖函數(shù)，定義如下：

第二步：多普勒頻率相參模擬

模擬器采用頻率為flo_sim的本振對接收信號進(jìn)行下變頻，再進(jìn)行低通濾波、a/d轉(zhuǎn)換器采樣后，得到數(shù)字中頻信號為：

式中，fi＝f0-flo_sim為模擬器中頻接收信號頻率，fs為模擬器a/d轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)鐘頻率，為模擬器采樣時(shí)鐘周期，n表示采樣點(diǎn)序號。

模擬器通過數(shù)字功率檢波方式進(jìn)行雷達(dá)發(fā)射脈沖的包絡(luò)提取，即進(jìn)行下述邏輯運(yùn)算：

式中sr_if_sim(n)用sr(n)表示。

考慮在雷達(dá)發(fā)射脈沖pulse_radar(n)的重復(fù)周期tr內(nèi)，雷達(dá)基準(zhǔn)時(shí)鐘(實(shí)際頻率計(jì)為fclk_radar)計(jì)數(shù)n1個(gè)時(shí)鐘周期。在n2個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖pulse_radar(n)周期內(nèi)，模擬器利用本地時(shí)鐘(實(shí)際頻率計(jì)為fclk_sim)進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)，考慮在該時(shí)間間隔內(nèi)模擬器本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)周值為n3。因此可得：

其中，floor為向下取整函數(shù)。

若雷達(dá)的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率值為f'clk_radar，模擬器的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率值為f'clk_sim，兩者的比值定義為：

利用模擬器本地?cái)?shù)字正交中頻信號cos(2πf'ints)與-sin(2πf'ints)，對接收采樣后的中頻信號sr_if_sim(n)進(jìn)行數(shù)字正交下變頻，得到：

式中，f'i為模擬器本地?cái)?shù)字中頻信號的載波頻率，δfi＝fi-f'i為殘留頻差。

數(shù)字正交解調(diào)后的信號si(n)和sq(n)經(jīng)低通濾波，分別得到：

設(shè)擬模擬的目標(biāo)速度為v，對應(yīng)的多普勒頻率為：

式中，c＝3×10⁸m/s為光速。

定義修正后的多普勒頻率模擬量f'd為：

其中，為頻率修正系數(shù)。

根據(jù)式(12)修正后的多普勒頻率模擬量，利用直接數(shù)字頻率合成(dds)技術(shù)，得到兩路正交多普勒信號：

sdi(n)＝cos(2πf'dnts)(13)

sdq(n)＝sin(2πf'dnts)(14)

利用sdi(n)、sdq(n)對si_l_sim(n)與sq_l_sim(n)進(jìn)行正交多普勒調(diào)制，得到：

利用本地?cái)?shù)字中頻信號cos(2πf'ints)、-sin(2πf'ints)，對sv_i_sim(n)、sv_q_sim(n)進(jìn)行數(shù)字正交上變頻，得到：

該信號經(jīng)d/a變換后，得到：

采用頻率為flo_sim的模擬器本振信號cos(2πflo_simt)對st_if_sim(t)進(jìn)行上變頻，得到：

考慮f'd＜＜flo_sim，經(jīng)中心頻率f0、帶寬為flo_sim/6的帶通濾波器對st_mix_sim(t)進(jìn)行濾波，得到：

針對實(shí)例1的多普勒頻率模擬精度分析：

修正后的多普勒頻率f'd為：

模擬器利用dds技術(shù)產(chǎn)生本地正交多普勒信號cos(2πf'dnts)與sin(2πf'dnts)，其中，多普勒頻率控制字為：

其中，m1為模擬器dds中相位累加器的字長，round()為四舍五入取整函數(shù)。

則模擬器擬模擬產(chǎn)生的雷達(dá)回波實(shí)際多普勒頻率值為：

該回波經(jīng)雷達(dá)接收、檢測與無失真跟蹤測量后，得到的多普勒頻率雷達(dá)跟蹤頻率字為：

其中，m2為雷達(dá)跟蹤環(huán)路dds相位累加器的字長。

經(jīng)雷達(dá)解算后的多普勒頻率測量值為：

由此可得，雷達(dá)解算后的多普勒頻率fdr與期望多普勒頻率fd之間的相對誤差為：

實(shí)例2：

本實(shí)例基于頻率實(shí)時(shí)測量的雷達(dá)回波多普勒頻率相參模擬方法，該實(shí)例中雷達(dá)發(fā)射信號為線性調(diào)頻信號，雷達(dá)和模擬器的工作時(shí)鐘標(biāo)稱頻率均為300mhz，即f'clk_radar＝f'clk_sim＝300mhz，雷達(dá)時(shí)鐘準(zhǔn)穩(wěn)度為10ppm，即雷達(dá)工作時(shí)鐘實(shí)際頻率fclk_radar＝300×(1+10^-5)mhz；模擬器時(shí)鐘準(zhǔn)穩(wěn)度為-10ppm，即模擬器工作時(shí)鐘實(shí)際頻率fclk_sim＝300×(1-10^-5)mhz，考慮雷達(dá)工作時(shí)鐘計(jì)數(shù)n1＝750000個(gè)時(shí)鐘周期，產(chǎn)生周期該方法的具體過程為：

第一步：模擬器接收信號模型描述

模擬器接收的線性調(diào)頻發(fā)射信號，表示如下：

式中，tp＝0.5×(1-10^-5)ms為雷達(dá)發(fā)射脈沖的寬度，f0＝15×(1+10^-5)ghz為雷達(dá)發(fā)射信號載波頻率，a＝1v為線性調(diào)頻信號幅度，k為線性調(diào)頻調(diào)制系數(shù)

b＝0.1×(1+10^-5)mhz為線性調(diào)頻信號帶寬，為雷達(dá)發(fā)射信號初始相位，rect(t)為矩形脈沖函數(shù)，

第二步：多普勒頻率相參模擬

模擬器采用頻率為flo_sim＝14.88×(1-10^-5)ghz的本振，對接收信號進(jìn)行下變頻，低通濾波、a/d轉(zhuǎn)換器采樣后，得到數(shù)字中頻信號為：

式中，fi＝f0-flo_sim＝120.2988mhz為模擬器中頻接收信號頻率，fs＝300×(1-10^-5)mhz為模擬器a/d轉(zhuǎn)換器采樣時(shí)鐘頻率，為模擬器采樣時(shí)鐘周期。

模擬器通過數(shù)字功率檢波方式進(jìn)行雷達(dá)發(fā)射脈沖的包絡(luò)提取，即進(jìn)行下述邏輯運(yùn)算：

之后，模擬器進(jìn)行n2＝1000個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖周期內(nèi)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)，由前述分析，在該時(shí)間段內(nèi)的模擬器本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值n3為

接著，模擬器利用本地?cái)?shù)字正交中頻信號cos(2πf'ints)與-sin(2πf'ints)(其中，f'i＝120×(1-10^-5)mhz為模擬器本地?cái)?shù)字中頻信號的載波頻率)，對接收采樣后的中頻信號sr_if_sim(n)進(jìn)行數(shù)字正交下變頻，得到：

式中，δfi＝fi-f'i＝0.3mhz為殘留頻差。

數(shù)字正交解調(diào)后的信號si(n)和sq(n)經(jīng)低通濾波，分別得到：

設(shè)擬模擬的目標(biāo)速度為v＝100m/s，對應(yīng)的多普勒頻率為：

式中，c＝3×10⁸m/s為光速。

考慮雷達(dá)參考時(shí)鐘與模擬器參考時(shí)鐘頻差的影響，定義修正后的多普勒頻率模擬值為：

其中，為頻率修正系數(shù)

根據(jù)修正后的多普勒頻率值，利用直接數(shù)字頻率合成(dds)技術(shù)，得到兩路正交多普勒信號：

sdi(n)＝cos(2πf'dnts)

sdq(n)＝sin(2πf'dnts)

利用sdi(n)、sdq(n)對si_l_sim(n)與sq_l_sim(n)進(jìn)行正交多普勒調(diào)制，得到：

其中，δfi＝fi-f'i＝0.3mhz為雷達(dá)與模擬器時(shí)鐘不同源引入的殘留頻差。

利用本地?cái)?shù)字中頻信號cos(2πf'ints)、-sin(2πf'ints)，對sv_i_sim(n)、sv_q_sim(n)進(jìn)行數(shù)字正交上變頻，得到：

其中，fi＝120.2988mhz，f'd＝10.0002khz

該信號經(jīng)d/a變換后，得到：

采用頻率為flo_sim＝14.88×(1-10^-5)ghz的模擬器本振信號cos(2πflo_simt)對st_if_sim(t)進(jìn)行上變頻，得到：

考慮f'd＜＜flo_sim，經(jīng)中心頻率f0、帶寬為flo_sim/6的帶通濾波器對st_mix_sim(t)進(jìn)行濾波，得到：

其中，f0＝15×(1+10-⁵)ghz，f'd＝10.0002khz。

針對實(shí)例2的多普勒頻率模擬精度分析

模擬器利用dds技術(shù)產(chǎn)生本地正交多普勒信號cos(2πf'dnts)與sin(2πf'dnts)，其中，多普勒頻率控制字為：

其中，m1＝40為模擬器dds中相位累加器的字長。

則模擬器模擬產(chǎn)生的雷達(dá)回波實(shí)際多普勒頻率值為：

該模擬回波經(jīng)雷達(dá)接收、檢測與無失真跟蹤測量后，得到多普勒頻率雷達(dá)跟蹤頻率字為：

其中，m2＝40為雷達(dá)跟蹤環(huán)路dds相位累加器的字長。

將雷達(dá)跟蹤頻率字解算為多普勒頻率測量值，得到：

由此可得，經(jīng)雷達(dá)解算后的多普勒頻率fdr與期望的多普勒頻率fd之間的相對誤差為：

由此可見，所述模擬方法具有非常高的多普勒頻率模擬精度。

本發(fā)明包括但不局限于以上的實(shí)施例，凡是在本發(fā)明的精神和原則之下的任何局部改動和等同替換，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。