一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统及实现方法与流程

1.本发明涉及雷达目标模拟技术领域，特别涉及一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统及实现方法。


背景技术：

2.雷达目标模拟系统根据目标的反射特性模拟各种静止、运动的目标回波，是各种体质雷达系统的整机调试和性能测试的核心设备，大大减少雷达测试验证的成本和时间，在雷达目标导引、武器制导、遥感成像和气象探测等领域具有重要应用。雷达干扰模拟系统能够模拟实战环境下的各种雷达干扰信号，主要包括压制类干扰和欺骗类干扰，能够对雷达的抗干扰能力进行测试，是雷达系统功能测试的重要组成部分。
3.传统的目标或干扰模拟系统产生的模拟信号极化特性单一，主要由模拟系统的发射天线决定。然而实际情况下，雷达发射的电磁波在与目标地物相互作用时，会使电磁波的偏振产生不同方向旋转，从而导致返回到雷达接收机的回波极化特性产生变化。同样地，在对抗环境下，雷达与干扰机通常是直接对视情况，进入雷达接收机的干扰信号极化特性有多种情况。若干扰机发射的是常规干扰信号，则进入雷达接收机的干扰信号极化特性主要由干扰机发射天线决定。若干扰机发射的是变极化或交叉极化干扰信号，则进入雷达接收机的干扰信号极化特性是变化的。因此，要想精准模拟真实环境下的目标回波或干扰，雷达目标或干扰模拟系统需要具备任意极化发射的能力。


技术实现要素：

4.本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统及实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，包括：
6.显控平台，所述显控平台用于数据显示和系统控制；
7.信号接发模块，所述信号接发模块包括用于对空间微波信号收集的信号接收模块，以及用于对发射信号进行空间辐射的信号发射模块；
8.信号处理模块，所述信号处理模块包括用于信号上下变频的变频组件、用于对发射信号进行功率放大的线性发射组件、用于信号的数字处理和基带信号生成的数字组件，以及用于对发射信号进行输出选择的开关选择模块。
9.作为本发明的进一步的方案：所述信号接收模块采用共相位中心的正交双极化类型的接收天线。
10.作为本发明的进一步的方案：所述信号发射模块由至少两个正交双极化天线组成。
11.作为本发明的进一步的方案：所述变频组件包括下变频通道、上变频通道，以及频综模块。
12.作为本发明的进一步的方案：所述发射组件为双通道线性功率放大模块。
13.作为本发明的进一步的方案：所述数字组件设置有双通道，且所述数字组件能够对接收信号进行数字化、数字下变频，以及参数测量功能；
14.根据预设的干扰或目标模拟设置参数进行基带信号生成和数字上变频；以及进行基带校正信号的产生和数字上变频。
15.另一种技术方案：一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，采用如上述任一项所述的一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，实现方法的具体步骤包括：
16.步骤s1、首先通过设计高精度幅相校正方案对两路接收通道和两路发射通道进行校正。
17.步骤s2、校正完毕后，通过信号接发模块的信号接收模块进行信号接收，接收信号经过变频模块进行下变频后送入数组组件进行数字化、参数测量、极化测量，测量结果送到显控平台显示；
18.步骤s3、操作人员根据测量结果选择干扰样式或目标模拟参数，设置参数下发到数字组件；
19.步骤s4、数字组件根据设置参数产生相应的基带信号，基带信号经过数模转换、滤波后送入变频组件进行上变频和放大变为射频信号；
20.步骤s5、射频信号被送入发射组件进行功率放大，功率放大后的信号通过开关选择，使得两路发射信号同时送入信号发射模块对准目标辐射，在目标处合成相应的干扰或目标模拟信号。
21.作为本发明的进一步的方案：所述相应的干扰或目标模拟信号包括复合的目标加干扰模拟信号、任意极化的目标或干扰模拟信号，以及交叉干扰或变极化模拟信号。
22.作为本发明的进一步的方案：所述设计高精度发射通道幅相校正方案具体为：
23.步骤s1、选择一路接收通道作为基准，2个发射通道分时发送一路信号耦合入该基准接收通道；
24.步骤s2、校正信号在接收通道通过放大、变频后送入数字组件，信号在数字组件进行数字化、数字下变频后测量2路发射信号的相对幅度和相位差并记录；
25.步骤s3、实际工作时，通过数字组件进行相位和幅度补偿，对两路发射信号的幅度、相位校正；
26.校正完成后可以通过数字组件对两路发射通道进行相位、幅度配置，从而合成任意极化干扰信号。
27.作为本发明的进一步的方案：所述设计高精度接收通道幅相校正方案具体为：
28.步骤s1、选择一路发射通道作为基准，2个接收通道分时接收由发射通道耦合的校正信号；
29.步骤s2、校正信号在接收通道通过放大、变频后送入数字组件，信号在数字组件进行数字化、数字下变频后测量2路接收信号的相对幅度和相位差并记录；
30.步骤s3、实际工作时，通过数字组件进行相位和幅度补偿，对两路接收信号的幅度、相位校正；
31.校正完成后可以通过数字组件对两路接收通道进行相位、幅度配置，从而为极化测量做准备。
32.作为本发明的进一步的方案：所述极化测量和任意极化合成技术具体为：
33.极化测量技术：采用相位一幅度的测量法，通过一对等相位中心的极化正交天线，测量两幅天线接收信号的幅度比和相位差间接测得雷达波极化方向；
34.任意极化合成技术：对发射通道进行幅度和相位调制，则可合成任意的极化方向。
35.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
36.采用上述的技术方案，通过正交双极化发射天线发射2路经过幅度和相位调制的信号，在空间合成任意极化方向的模拟信号。本发明的特点是，本发明能够将目标模拟和干扰模拟进行一体化设计，同时通过设计高精度幅相校正方法对收发通道进行幅相校正，能够保证两个接收通道之间的幅相具备一致性，因此能够采用“相位—幅度”测量法，测量测得雷达波极化方向。同时高精度幅相校正方法能够保证两个发射通道之间的幅相具备一致性，因此通过控制两路发射信号的幅度和相位，能够令两路发射信号在空间合成任意极化、交叉极化等干扰信号。最后，本发明方案还能够通过开关切换，选择发射信号的类型及样式，能够发射常规干扰信号和目标模拟信号。
附图说明
37.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
38.图1为本技术公开实施例的整个模拟系统的组成示意图；
39.图2为本技术公开实施例的模拟系统的工作原理图；
40.图3为本技术公开实施例的开关选择模块的组合及功能示意图；
41.图4为本技术公开实施例的任意极化干扰开关选择情况示意图；
42.图5为本技术公开实施例的两路信号正交极化情况示意图；
43.图6为本技术公开实施例的两路信号同极化情况示意图；
44.图7为本技术公开实施例的发射通道校正的流程框图；
45.图8为本技术公开实施例的接收通道校正的流程框图。
具体实施方式
46.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，所描述的实施例仅仅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做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。
47.请参考图1，本发明实施例中，一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，包括：
48.显控平台，所述显控平台用于数据显示和系统控制；
49.信号接发模块，所述信号接发模块包括用于对空间微波信号收集的信号接收模块，以及用于对发射信号进行空间辐射的信号发射模块；
50.本实施例中，所述信号接收模块采用共相位中心的双极化类型的接收天线，能够完成空间微波信号的收集功能。
51.本实施例中，所述信号发射模块由至少两个正交双极化天线组成。具体实施方式中，发射天线主要由2个正交双极化喇叭天线组成，主要完成发射信号的空间辐射功能。
52.信号处理模块，所述信号处理模块包括用于信号上下变频的变频组件、用于对发射信号进行功率放大的线性发射组件、用于信号的数字处理和基带信号生成的数字组件，以及用于对发射信号进行输出选择的开关选择模块。
53.具体实施方式中，信号处理模块设置于设备机箱中，且设备机箱是整个系统的核心，内部包含变频组件、发射组件、数字组件，以及开关选择模块。
54.本实施例中，所述变频组件包括下变频通道、上变频通道，以及频综模块；
55.具体的，变频组件的内部包含2路下变频通道、2路上变频通道，以及频综模块。完成接收信号的前端放大、下变频和发射信号的上变频、放大功能，并包含频综，能够输出数字组件所需的基准时钟和采样时钟。
56.本实施例中，所述发射组件为双通道线性功率放大模块，具体的，用于完成发射信号的线性功率放大功能。
57.本实施例中，所述数字组件设置有双通道，且所述数字组件能够对接收信号进行数字化、数字下变频，以及参数测量功能；
58.根据预设的干扰或目标模拟设置参数进行基带信号生成和数字上变频；以及进行基带校正信号的产生和数字上变频。
59.具体的，数字组件内部包含双通道ad、da，完成接收信号的数字化、数字下变频、参数测量功能；根据干扰或目标模拟设置参数完成基带信号生成和数字上变频功能；完成基带校正信号的产生和数字上变频功能。
60.具体的，所述开关选择模块的内部由开关组合而成，完成2路发射信号到2个正交双极化天线的输出选择。
61.另一种技术方案：一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，采用如上述任一项所述的一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，实现方法的具体步骤包括：
62.步骤s1、首先通过设计高精度幅相校正方案对两路接收通道和两路发射通道进行校正。
63.步骤s2、校正完毕后，通过信号接发模块的信号接收模块进行信号接收，接收信号经过变频模块进行下变频后送入数组组件进行数字化、参数测量、极化测量，测量结果送到显控平台显示；
64.步骤s3、操作人员根据测量结果选择干扰样式或目标模拟参数，设置参数下发到数字组件；
65.步骤s4、数字组件根据设置参数产生相应的基带信号，基带信号经过数模转换、滤波后送入变频组件进行上变频和放大变为射频信号；
66.步骤s5、射频信号被送入发射组件进行功率放大，功率放大后的信号通过开关选择，使得两路发射信号同时送入信号发射模块对准目标辐射，在目标处合成相应的干扰或目标模拟信号。
67.本实施例中，所述相应的干扰或目标模拟信号包括复合的目标加干扰模拟信号、任意极化的目标或干扰模拟信号，以及双点源交叉干扰或变极化模拟信号。
68.任意极化干扰：
69.如图2所示，图示为模拟系统的工作原理图。
70.如图3所示，图示为发射端口开关选择组合及其实现功能示意图。
71.模拟系统开机，首先进行接收和发射通道幅相校准。校准完毕后由接收天线进行信号接收，参测结果显示到显控上，由控制人员进行任意极化干扰方式选择。极化干扰方式选择完毕后由数字组件产生控制时序和2路发射通道的极化控制相位码和幅度码，同时产生2路基带干扰信号。基带干扰信号通过相位和幅度调制后进行数字上变频变为中频信号，通过射频电缆送入变频组件进行上变频、放大后变为射频信号，射频信号通过射频电缆送入线性功放进行功率放大。功率放大后的信号通过开关选择，使得两路发射信号同时送入一个双极化天线(水平极化h和水池极化v)的两个极化输入端口，双极化发射天线发射的信号在空间合成任意极化干扰对准目标辐射。
72.如图4所示，图示为任意极化干扰开关选择情况示意图。
73.常规干扰模拟：
74.模拟系统作为常规干扰机使用时，接收天线接收到雷达信号后通过射频电缆送入接收通道，射频信号首先被送入变频模块内的接收前端，经过放大后送入进行混频变为中频信号，中频信号首先被送入信号处理模块进行数字化、数字下变频、参数测量，参数测量的结果被送入显控计算机上进行显示。
75.操作人员根据参数测量结果在显控界面选择相应的干扰样式并设置干扰参数，干扰参数下发到数字组件，数字组件根据设置参数完成干扰信号产生、数字上变频和数模转换后变为中频信号，通过射频电缆将中频干扰信号送入变频模块进行滤波、上变频，然后送入功率放大模块进行功率放大，最后经过发射天线对准目标辐射。
76.目标模拟：
77.模拟系统作为雷达目标模拟器使用时，操作人员在显控界面进行参数设置，信号参数下发到数字组件，数字组件根据设置参数(目标模拟时需要使用接收通道的样本)完成雷达目标信号产生、数字上变频和数模转换后变为中频信号，通过射频电缆将中频干扰信号送入变频模块进行滤波、上变频，然后送入功率放大模块进行功率放大。通过开关选择，可选择各个信号由某个天线的某种极化样式输出。最后经过发射天线向空中辐射。
78.复合功能使用：
79.如图2所示，图示为系统工作原理图；
80.本模拟系统可控制两个独立正交极化发射通道产生任意极化信号。同时还可以分别产生2路信号，其中一路作目标回波模拟，另外一路作为干扰模拟。利用功放后的开关选择，两路信号可以为同极化的，也可以为正交极化的。通过信号处理模块控制两个发射通道的衰减，可使得两路的输出功率独立可调(即如果同时产生雷达目标信号和压制式/欺骗式干扰信号时，干信比可调)。
81.如图5和图6所示，图5为两路信号正交极化情况示意图，两路信号同极化情况示意图。
82.对两路收发信号的幅度和相位进行精确的控制，首先需要设计高精度的幅相校正方案，高精度发射通道幅相校正方案具体为：
83.步骤s1、选择一路接收通道作为基准，2个发射通道分时发送一路信号耦合入该基准接收通道；
84.步骤s2、校正信号在接收通道通过放大、变频后送入数字组件，信号在数字组件进
行数字化、数字下变频后测量2路发射信号的相对幅度和相位差并记录；
85.步骤s3、实际工作时，通过数字组件进行相位和幅度补偿，对两路发射信号的幅度、相位校正；
86.校正完成后可以通过数字组件对两路发射通道进行相位、幅度配置，从而合成任意极化干扰信号。
87.如图7所示，图示为发射通道校正的流程框图。
88.高精度接收通道幅相校正方案具体为：
89.步骤s1、选择一路发射通道作为基准，2个接收通道分时接收由发射通道耦合的校正信号；
90.步骤s2、校正信号在接收通道通过放大、变频后送入数字组件，信号在数字组件进行数字化、数字下变频后测量2路接收信号的相对幅度和相位差并记录；
91.步骤s3、实际工作时，通过数字组件进行相位和幅度补偿，对两路接收信号的幅度、相位校正；
92.校正完成后可以通过数字组件对两路接收通道进行相位、幅度配置，从而为极化测量做准备。
93.如图8所示，图示为接收通道校正的流程框图。
94.本实施例中，所述极化测量和任意极化合成技术具体为：
95.极化测量技术：采用相位一幅度的测量法，通过一对等相位中心的极化正交天线，测量两幅天线接收信号的幅度比和相位差间接测得雷达波极化方向，具体理论解释如下：
96.根据极化电磁理论，任意极化形式的单色波可以分解为2个正交极化分量，采用“相位一幅度”测量法，通过一对等相位中心的极化正交天线，测量两幅天线接收信号的幅度比和相位差间接测得雷达波极化方向。
97.设雷达信号为线性调频信号，且脉内极化不变，在左右旋极化基下，两天线侦收信号为：
[0098][0099][0100]
式中：ma为雷达功率、雷达天线和空间传播衰减带来的综合系数，对于两个极化通道而言是相等的，nr(t)和n
l
(t)分别为两通道接收噪声。令则雷达波极化状态由唯一表征，部分雷达极化波的极化侦察参数如表1所示。
[0101]
表1雷达波极化侦察参数表
[0102][0103]
由表1可见，对于任意方向的线极化雷达，两个圆极化天线侦收信号的幅度是相等的，雷达波极化方向是两天线接收信号相位差的50％。受雷达天线俯仰和侦察天线俯仰关系的影响，侦察系统测得的雷达波极化方向并非完全等价于雷达的工作极化，还需结合一
定的先验知识进行综合判定。
[0104]
任意极化合成技术：对发射通道进行幅度和相位调制，则可合成任意的极化方向，具体理论解释如下：
[0105]
电磁波的极化方式有三种：线极化、圆极化、椭圆极化。极化波都可看成由两个同频率的直线极化波在空间合成。本项目使用两个正交的线极化方向合成任意极化方向，假设两线极化波沿正z方向传播，一个的极化取向在x方向，另一个的极化取向在y方向。水平极化和垂直极化电波矢量为：
[0106][0107][0108]
合成波电场为：
[0109][0110]
因此在空间任意给定点上，合成波电场强度矢量的大小和方向都可能随时间变化，这种现象称为电磁波的极化。当通过校正发射通道的幅度和相位后，可以使得上述两个电场分量的相位和幅度相等，则合成电场为：
[0111][0112]
合成电场方向与两个分量之间的夹角为：
[0113][0114]
根据上述公式，发射通道经过校正后，两个电场分量幅度相等、相位相等。
[0115]
此时若直接合成，则合成极化方向为45
°
斜极化。若通过对发射通道进行幅度和相位调制，则可合成任意的极化方向。
[0116]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，其特征在于，包括：显控平台，所述显控平台用于数据显示和系统控制；信号接发模块，所述信号接发模块包括用于对空间微波信号收集的信号接收模块，以及用于对发射信号进行空间辐射的信号发射模块；信号处理模块，所述信号处理模块包括用于信号上下变频的变频组件、用于对发射信号进行功率放大的线性发射组件、用于信号的数字处理和基带信号生成的数字组件，以及用于对发射信号进行输出选择的开关选择模块。2.根据权利要求1所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，其特征在于，所述信号接收模块采用共相位中心的正交双极化类型的接收天线。3.根据权利要求1所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，其特征在于，所述信号发射模块由至少两个正交双极化天线组成。4.根据权利要求1所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，其特征在于，所述变频组件包括下变频通道、上变频通道，以及频综模块。5.根据权利要求1所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，其特征在于，所述发射组件为双通道线性功率放大模块。6.根据权利要求1所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，其特征在于，所述数字组件设置有双通道，且所述数字组件能够对接收信号进行数字化、数字下变频，以及参数测量功能；根据预设的干扰或目标模拟设置参数进行基带信号生成和数字上变频；以及进行基带校正信号的产生和数字上变频。7.一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，其特征在于，采用如权利要求1至6所述的一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统，实现方法的具体步骤包括：步骤s1、首先通过设计高精度幅相校正方案分别对两路接收通道和两路发射通道进行幅相校正。步骤s2、校正完毕后，通过信号接发模块的信号接收模块进行信号接收，接收信号经过变频模块进行下变频后送入数组组件进行数字化、参数测量、极化测量，测量结果送到显控平台显示；步骤s3、操作人员根据测量结果选择干扰样式或目标模拟参数，设置参数下发到数字组件；步骤s4、数字组件根据设置参数产生相应的基带信号，基带信号经过数模转换、滤波后送入变频组件进行上变频和放大变为射频信号；步骤s5、射频信号被送入发射组件进行功率放大，功率放大后的信号通过开关选择，使得两路发射信号同时送入信号发射模块对准目标辐射，在目标处合成相应的干扰或目标模拟信号。8.根据权利要求7所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，其特征在于，所述相应的干扰或目标模拟信号包括复合的目标加干扰模拟信号、任意极化的目标或干扰模拟信号，以及交叉干扰或变极化模拟信号。9.根据权利要求7所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，其
特征在于，所述设计高精度发射通道幅相校正方案具体为：步骤s1、选择一路接收通道作为基准，2个发射通道分时发送一路信号耦合入该基准接收通道；步骤s2、校正信号在接收通道通过放大、变频后送入数字组件，信号在数字组件进行数字化、数字下变频后测量2路发射信号的相对幅度和相位差并记录；步骤s3、实际工作时，通过数字组件进行相位和幅度补偿，对两路发射信号的幅度、相位校正；校正完成后可以通过数字组件对两路发射通道进行相位、幅度配置，从而合成任意极化干扰信号。10.根据权利要求7所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，其特征在于，所述设计高精度接收通道幅相校正方案具体为：步骤s1、选择一路发射通道作为基准，2个接收通道分时接收由发射通道耦合的校正信号；步骤s2、校正信号在接收通道通过放大、变频后送入数字组件，信号在数字组件进行数字化、数字下变频后测量2路接收信号的相对幅度和相位差并记录；步骤s3、实际工作时，通过数字组件进行相位和幅度补偿，对两路接收信号的幅度、相位校正；校正完成后可以通过数字组件对两路接收通道进行相位、幅度配置，从而为极化测量做准备。11.根据权利要求7所述一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统的实现方法，其特征在于，所述极化测量和任意极化合成技术具体为：极化测量技术：采用相位一幅度的测量法，通过一对等相位中心的极化正交天线，测量两幅天线接收信号的幅度比和相位差间接测得雷达波极化方向；任意极化合成技术：对发射通道进行幅度和相位调制，则可合成任意的极化方向。

技术总结
本发明公开了一种产生任意极化目标和干扰信号的模拟系统及实现方法，包括显控平台，所述显控平台用于数据显示和系统控制；信号接发模块，所述信号接发模块包括用于空间微波信号收集的信号接收模块，以及将信号进行空间辐射的信号发射模块；信号处理模块，所述信号处理模块包括用于信号上下变频的变频组件、用于对发射信号进行功率放大的线性发射组件、用于信号处理和基带信号生成的数字组件，以及用于发射信号输出选择的开关选择模块。本发明将目标模拟和干扰模拟进行一体化设计，通过设计高精度幅相校正方法保证通道间的幅相一致性，从而实现接收信号的极化测量和发射信号的极化合成。本发明还能够通过开关切换，选择发射信号的类型及样式。号的类型及样式。号的类型及样式。


技术研发人员：孙龙 张仕山 马超 许锡虎
受保护的技术使用者：安徽雷鼎电子科技有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/21