一種引信體目標回波模擬半實物仿真裝置的制作方法

本發明屬于射頻仿真與信號處理技術領域，特別是一種引信體目標回波模擬半實物仿真裝置。

背景技術：

毫米波引信工作在彈目交會的末端，由于距離較近，往往出現天線主波束對目標的局部照射現象，此時目標不能被認為是點目標，而是體目標。目前對近程雷達性能檢測一般采用室內閉環點目標模擬測試和外場繞飛、滑軌等方法，室內點目標模擬測試不能真實反映目標回波的體目標效應；外場試驗目標真實，但受外界環境的影響大，交會速度一般較低，交會姿態有很大的局限性，而且試驗次數也受到很大的限制。采用體目標模擬半實物仿真裝置能夠模擬近場目標的體目標特性，根據不同目標和不同交會姿態產生模擬目標回波，使引信在彈目交會末端的工作性能得到檢驗，從而能夠節約大量人力和物力資源，縮短研制周期。

申請號201210258912.X，名稱為“雷達回波信號高精度距離模擬方法、裝置及目標模擬器”的發明，提出了一種雷達回波信號高精度距離模擬方法、裝置及目標模擬器，該方法根據預設目標距離計算雷達回波信號的延遲量和數字系統處理時鐘對零中頻的數字化雷達信號進行粗延時，再根據AD采樣時鐘對數字化雷達信號進行精延時。該發明實現了對雷達回波信號距離的高精度模擬，但沒有提到對回波信號速度和回波功率的模擬。

申請號201510144738.X，名稱為“一種雷達回波模擬方法及雷達回波信號模擬器”的發明，提出了一種雷達回波模擬方法及雷達回波信號模擬器，通過控制器對所述發射延時信號和所述調制延時信號進行卷積運算，生成并輸出雷達回波模擬信號，避免了模擬回波失真的問題。但由于所述雷達回波信號模擬器模擬距離較遠，因此帶來的跨多重延時處理也將占用較大的存儲資源，對大數據存儲器要求較高。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種引信體目標回波模擬半實物仿真裝置，以真實準確地模擬彈目交會過程中近場體目標效應下的目標回波信號特征，滿足引信在各種工作模式下對目標信號模擬的要求。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種引信體目標回波模擬半實物仿真裝置，包括無回波隔離箱、上位機、同步控制模塊、接收支路、通道選擇開關、信號處理模塊、發射支路、電源模塊及本振信號發生器，其中：

所述的無回波隔離箱為長方體結構，其長度方向的一個面放置引信天線，與該面相對的另一個面放置接收支路天線與發射支路天線；

所述上位機作為主控平臺，完成參數設置、彈目交會模型建立和目標回波信號波形生成的功能；上位機采用等效散射點法模擬近場體目標效應，根據用戶設置的參數計算生成各散射點的位置矢量坐標、距離信息及速度信息，通過RS422標準串口與同步控制模塊實時進行信息交互；

所述同步控制模塊接收上位機發送的仿真數據，實時解算引信目標距離速度幅度對應的控制字，根據控制字對各通道中頻信號進行距離延遲、多普勒頻移和幅度衰減控制，同時控制接收支路、通道選擇開關、信號處理模塊；

所述接收支路對接收支路天線的引信發射信號進行下變頻處理并對中頻信號采樣獲取數字信號；該數字信號通過通道選擇開關分配到相應散射點個數的數字信號通道；

所述信號處理模塊在每個數字信號通道中，根據各散射點目標特征對中頻信號進行數控延遲、多普勒頻移和幅度衰減；

所述發射支路將各通道的中頻信號進行功率合成及上變頻處理，變換到引信探測信號的工作頻率上，再通過發射支路天線在無回波隔離箱中輻射出去；

所述本振信號發生器為接收支路、發射支路提供本振信號，所述電源模塊為各部分提供所需的直流電源，并帶有過流過壓保護電路。

優選地，所述無回波隔離箱內側鋪滿尖劈形吸波材料。

優選地，所述上位機完成的參數設置包括目標數據庫建立、雜波數據庫建立、引信工作方式選擇、天線參數和脫靶量；另外，上位機還具有真實目標信號回放功能，即把彈載記錄儀記錄的真實目標信號進行重現，與半實物仿真模擬的目標信號進行對比分析。

優選地，所述同步控制模塊包括DSP和FPGA，其中DSP作為實時運算核心，接收上位機發送的仿真數據，實時解算引信目標距離速度幅度對應的控制字；FPGA作為實時控制核心，接收DSP發送的控制字對各通道中頻信號進行距離延遲、多普勒頻移和幅度衰減控制，同時控制接收支路、通道選擇開關、信號處理模塊。

優選地，所述接收支路包括順次連接的接收前端、兩次下混頻支路和中頻數字化電路，其中兩次下混頻支路包括順次連接的低噪聲放大器、第一可調諧帶通濾波器、第一下混頻器、第一可控制增益低噪聲放大器、第二可調諧帶通濾波器、第二下混頻器；中頻數字化電路包括順次連接的第二可控制增益低噪聲放大器、第三可調諧帶通濾波器、自動增益低噪聲放大器和第一AD轉換器；所述接收前端與低噪聲放大器的輸入端相連，第二下混頻器的輸出端與第二可控制增益低噪聲放大器的輸入端相連；其中接收前端與接收支路天線連接，中頻數字化電路的輸出通過通道選擇開關分配到N個通道進行數字信號處理，N為當前引信天線波束寬度內等效散射點的個數。

優選地，所述信號處理模塊包括順次連接的數字延遲控制器、多普勒頻率調制器、數控衰減器、N通道功率合成器及雜波調制器，其中數字延遲控制器包括順次連接的數字存儲器和第一DA轉換器；多普勒頻率調制器包括多普勒頻率合成器和第一調制器；雜波調制器包括順次連接的雜波噪聲源、第二DA轉換器和第二調制器，所述雜波噪聲源與同步控制模塊相連，第二調制器的輸入端與N通道功率合成器連接，第二調制器的輸出端與發射支路連接。

優選地，所述發射支路包括順次連接的上混頻器、第四可調諧帶通濾波器、功率放大器和發射前端，經過調制的中頻信號經過上變頻變換到引信探測信號的工作頻率上，再通過發射天線在無回波隔離箱中輻射出去。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：(1)能夠更真實準確的模擬彈目交會過程中近場體目標效應下的目標回波信號特征，可以滿足引信在各種工作模式下對目標信號模擬的要求，適應性強；(2)上位機可以完成參數設置(包括目標數據庫建立、雜波數據庫建立、引信工作方式(碰炸、近炸)選擇、天線參數和脫靶量)、彈目交會模型建立和目標回波信號生成等功能；(3)還具有實測目標信號回放功能，即把彈載記錄儀記錄的真實目標信號進行重現，與半實物仿真模擬的目標信號進行對比分析。

附圖說明

圖1為本發明引信體目標回波模擬半實物仿真裝置的結構示意圖。

圖2為本發明中本振信號發生器的結構示意圖。

圖3為本發明上位機模型建立的軟件界面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理及工作原理作具體的描述。

傳統的目標模擬器一般只能模擬點目標，但由于引信工作的特點，當處于引信段時，目標不能簡單的等效為點目標，需按照體目標對待，但傳統的目標模擬器無法滿足這一要求。隨著數字信號處理技術的發展，數字射頻存儲器技術(DRFM)和直接數字頻率合成技術(DDS)近年來得到越來越多的研究與應用。DRFM在模數、數模變換過程中的信號損耗較小，并且體積小，價格適中，因此能夠滿足目標模擬信號的質量要求。DDS作為一種頻率合成的新方法，它應用了全數字大規模集成技術，具有體積小、功耗低、頻率分辨率高、頻率切換相位連續、易于編程控制、硬件成本較低等優點被廣泛應用于電子對抗、雷達、通信等領域。

與現有的點目標回波模擬器相比，本發明能夠更真實準確的模擬彈目交會過程中近場體目標效應下的目標回波信號特征，可以滿足引信在各種工作模式下對目標信號模擬的要求，適應性強。本發明所述的上位機可以完成參數設置(包括目標數據庫建立、雜波數據庫建立、引信工作方式(碰炸、近炸)選擇、天線參數和脫靶量)、彈目交會模型建立和目標回波信號生成等功能；另外上位機軟件可模擬顯示彈目交會軌跡及目標回波信號波形，具有實測目標信號回放功能，即把彈載記錄儀記錄的真實目標信號進行重現，與半實物仿真模擬的目標信號進行對比分析。

結合圖1，本發明引信體目標回波模擬半實物仿真裝置，包括無回波隔離箱1、上位機2、同步控制模塊3、接收支路4、通道選擇開關5、信號處理模塊6、發射支路7、電源模塊8及本振信號發生器9，其中：

所述的無回波隔離箱1為長方體結構，其長度方向的一個面放置引信天線，與該面相對的另一個面放置接收支路天線11與發射支路天線12；

所述上位機2作為主控平臺，完成參數設置、彈目交會模型建立和目標回波信號波形生成的功能；上位機2采用等效散射點法模擬近場體目標效應，根據用戶設置的參數計算生成各散射點的位置矢量坐標、距離信息及速度信息，通過RS422標準串口與同步控制模塊3實時進行信息交互；為了使目標回波信號更接近實際的信號，引信實物參與模擬的回路，即一部分利用上位機仿真模型，一部分利用實物進行模擬并實時運行；

所述同步控制模塊3接收上位機2發送的仿真數據，實時解算引信目標距離速度幅度對應的控制字，根據控制字對各通道中頻信號進行距離延遲、多普勒頻移和幅度衰減控制，同時控制接收支路4、通道選擇開關5、信號處理模塊6；

所述接收支路4對接收支路天線11的引信發射信號進行下變頻處理并對中頻信號采樣獲取數字信號；該數字信號通過通道選擇開關5分配到相應散射點個數的數字信號通道；

所述信號處理模塊6在每個數字信號通道中，根據各散射點目標特征對中頻信號進行數控延遲、多普勒頻移和幅度衰減；

所述發射支路7將各通道的中頻信號進行功率合成及上變頻處理，變換到引信探測信號的工作頻率上，再通過發射支路天線12在無回波隔離箱1中輻射出去；

所述本振信號發生器9為接收支路4、發射支路7提供本振信號，具體為第一下混頻器423、第二下混頻器426和上混頻器71提供本振信號，所述電源模塊8為各部分提供所需的直流電源，并帶有過流過壓保護電路。

優選地，所述無回波隔離箱1內側鋪滿尖劈形吸波材料14。

優選地，所述上位機2完成的參數設置包括目標數據庫建立、雜波數據庫建立、引信工作方式選擇、天線參數和脫靶量；另外，上位機2還具有真實目標信號回放功能，即把彈載記錄儀記錄的真實目標信號進行重現，與半實物仿真模擬的目標信號進行對比分析。用戶可通過上位機軟件選擇目標類型飛機、坦克、艦船、彈目交會模型迎擊、追擊。不共線、雜波類型地雜波、海雜波、氣象雜波、引信工作方式碰炸、近炸、延時、天線參數增益、極化、效率、方向圖、波束寬度、雷達散射截面積和脫靶量等。通過設置的參數可生成相應的彈目交會模型、通過公式計算出的體目標回波信號波形及與之對應的頻譜圖。引信體目標回波模擬半實物仿真裝置模擬產生目標回波信號。

優選地，所述同步控制模塊3包括DSP31和FPGA32，其中DSP31作為實時運算核心，接收上位機2發送的仿真數據，實時解算引信目標距離速度幅度對應的控制字；FPGA32作為實時控制核心，接收DSP31發送的控制字對各通道中頻信號進行距離延遲、多普勒頻移和幅度衰減控制，同時控制接收支路4、通道選擇開關5、信號處理模塊6，具體控制第一AD轉換器434、第一DA轉換器612及各通道選擇開關5。

優選地，所述接收支路4包括順次連接的接收前端41、兩次下混頻支路42和中頻數字化電路43，其中兩次下混頻支路42包括順次連接的低噪聲放大器421、第一可調諧帶通濾波器422、第一下混頻器423、第一可控制增益低噪聲放大器424、第二可調諧帶通濾波器425、第二下混頻器426；中頻數字化電路43包括順次連接的第二可控制增益低噪聲放大器431、第三可調諧帶通濾波器432、自動增益低噪聲放大器433和第一AD轉換器434；所述接收前端41與低噪聲放大器421的輸入端相連，第二下混頻器426的輸出端與第二可控制增益低噪聲放大器431的輸入端相連；其中接收前端41與接收支路天線11連接，中頻數字化電路43的輸出通過通道選擇開關5分配到N個通道進行數字信號處理，N為當前引信天線波束寬度內等效散射點的個數。高速采樣后的中頻信號輸入到N為目標等效散射點的個數個通道中，每個通道有一個選擇開關受控于FPGA模塊32，通過實時控制N個通道選擇開關實現彈目交會過程中引信天線波束照射范圍內目標等效散射點個數的模擬，相比于只能模擬固定目標的雷達模擬器，本裝置更能準確地反映隨著彈目距離的變化目標回波信號成分的變化。

優選地，所述信號處理模塊6包括順次連接的數字延遲控制器61、多普勒頻率調制器62、數控衰減器63、N通道功率合成器64及雜波調制器65，其中數字延遲控制器61包括順次連接的數字存儲器611和第一DA轉換器612；多普勒頻率調制器62包括多普勒頻率合成器622和第一調制器621；雜波調制器65包括順次連接的雜波噪聲源651、第二DA轉換器652和第二調制器653，所述雜波噪聲源651與同步控制模塊3相連，第二調制器653的輸入端與N通道功率合成器64連接，第二調制器653的輸出端與發射支路7連接。

優選地，所述發射支路7包括順次連接的上混頻器71、第四可調諧帶通濾波器72、功率放大器73和發射前端74，經過調制的中頻信號經過上變頻變換到引信探測信號的工作頻率上，再通過發射天線12在無回波隔離箱1中輻射出去。

根據用戶設置的彈目交會模型，DSP31解算出引信目標距離、速度和幅度對應的延遲、多普勒頻率和數字衰減控制字。不同于雷達目標回波模擬器，引信工作于彈目交會末端，探測距離為數米到數十米，因此可采用數字延遲控制即數字射頻存儲器技術DRFM，相比于目前點目標模擬系統所采用的延遲線的方式模擬精度更高，在小脫靶量的情況下可以精確模擬。多普勒頻率合成器622采用直接數字式頻率合成器DDS實現；通過各通道內的數控衰減器控制輸出信號幅度所需要的衰減值，實現回波功率的模擬。

實施例1

如圖1所示，本發明的引信體目標回波模擬半實物仿真裝置，主要包括以下幾個部分：無回波隔離箱1、上位機2、同步控制模塊3、接收支路4、通道選擇開關5、信號處理模塊6、發射支路7、電源模塊8及本振信號發生器9。其中無回波隔離箱1包括接收天線11、發射天線12、引信天線13和尖劈形吸波材料14。同步控制模塊3包括DSP運算核心31和FPGA控制核心32。接收支路4包括接收前端41、兩次下混頻支路42和中頻數字化電路43，其中兩次下混頻支路42由低噪聲放大器421、第一可調諧濾波器422、第一下混頻器423、第一可控增益放大器424、第二可調諧濾波器425及第二下混頻器426組成；中頻數字化電路43由第二可控增益放大器431、第三可調諧濾波器432、自動增益控制放大器(AGC)433及將模擬信號轉換為數字信號的第一AD轉換器434組成。信號處理模塊6包括數字延遲控制器61、多普勒頻率調制器62、數控衰減器63、N通道功率合成器64及雜波調制器65。其中數字延遲控制器61由數字存儲器611和將數字信號轉換為模擬信號的第一DA轉換器612組成；多普勒頻率調制器62由多普勒頻率合成器622和第一調制器621組成；雜波調制器65由雜波噪聲源651、第二DA轉換器652和第二調制器653組成。發射支路7包括上混頻器71、第四可調諧濾波器72、功率放大器73及發射前端74。

具體操作過程如下：接收前端41通過接收天線11接收引信天線13輻射的電磁波，低噪聲放大器421及第一可調諧濾波器422對所選擇頻段的信號進行初步放大，對不需要的信號進行抑制，然后經第一下混頻器423輸出第一中頻信號。第一可控增益放大器424及第二可調諧濾波器425對第一中頻信號進行選擇及適當放大，經第二下混頻器426下混頻為第二中頻信號。

中頻數字化電路43的作用是將第二中頻模擬信號進行放大濾波并轉換為數字信號。第二可控增益放大器431及第三可調諧濾波器432對中頻模擬信號進行放大濾波，自動增益控制放大器433對第二中頻信號的幅度進行控制，第一AD轉換器434將中頻模擬信號轉換為數字信號。

信號處理模塊采用DRFM+DDS+數控衰減器的方法完成對目標回波信號的調制。引信發射信號到達各散射點時間不同，即回波相位不同。根據彈目交會模型，DSP實時計算出各散射點當前位置信息，得出目標信號相對于發射信號的延遲控制字，從而逆向輸出波形存儲器中存放的中頻信號數據。多普勒頻率合成器622通過直接數字式頻率合成器DDS實現，DSP根據目標相對于引信的徑向速度計算出多普勒頻移控制字，DDS產生相應頻率信號實現對中頻信號的多普勒調制。通過各通道內的數控衰減器63控制輸出信號幅度所需要的衰減值，實現回波功率的模擬。N通道功率合成器64將N通道中頻信號進行中頻矢量合成得到模擬體目標回波信號，雜波噪聲源651和第二DA轉換器652產生模擬雜波信號經第二調制器653對輸出中頻信號進行雜波調制。經處理后的信號先后通過上混頻器71、第四可調諧濾波器72、功率放大器73及發射前端74最后經發射天線13輻射出去。

本振信號通過鎖相環(數字方式)產生，其中鎖相式頻率合成器(PLL，Phase Locked loop)是一種建立在跟蹤參考頻率基礎上的閉環控制系統，由晶振、鑒相器(PD)、環路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)、分頻器、功分器及帶通濾波器等組成，其結構圖如圖2所示。

上位機模型軟件界面利用實驗室虛擬儀器集成環境(LabVIEW)建立，模型建立軟件界面如圖3所示。用戶可在界面左側選擇目標類型(飛機、坦克、艦船等)、彈目交會模型(迎擊、追擊、不共線等)、雜波類型(地雜波、海雜波、氣象雜波等)、引信工作方式(碰炸、近炸、延時等)、天線參數(增益、極化、效率、方向圖、波束寬度等)、各散射點雷達散射截面積(RCS)和脫靶量等。根據所設置的模型參數生成界面中間所示的三維直角坐標系下的彈目交會模型，其中，v_T為目標速度；v_M為導彈速度；v_R為彈目接近速度(徑向速度)；v_r為導彈相對于目標速度；ρ為脫靶量；θ為彈目連線與相對彈道之間的夾角。當目標為裝甲目標時，采用數個點目標(如圖3中A、B、C、D，分別取在炮管、炮臺、車頭、車尾上)共同作用來模擬裝甲目標的近場體目標效應。彈目交會過程中引信波束照射區為一個三維空心錐，與中心軸矢量z之間的夾角在α₁、α₂之間的區域為被天線波束照射區域。假設目標上某點元對應的波束照射矢量為m，當z與m之間的夾角α₀在α₁與α₂之間，即滿足

時認為該點元被天線波束所照射，對回波多普勒信號有貢獻。若在彈目某一段交會過程中有n個點目標在照射區域內，則矢量疊加后的多普勒信號為

Matlab根據各散射點的實時坐標計算并生成界面右側的目標回波信號的時域波形和與之對應的頻譜圖。同時計算出各散射點的延遲量信息、速度信息和回波功率信息控制字，這些信息可在半實物仿真前提前完成并保存為模型軟件可以識別的數據類型。在模擬體目標回波信號時，將中頻數字化后的數字信號輸入到N個通道中，N為當前引信天線波束寬度內體目標等效散射點的個數，每個通道由一個開關控制，通過實時控制N個開關實現彈目交會過程中等效散射點個數的模擬。