综合化传感器的半实物仿真与测试验证平台

肖凯戈 高祥 朱昌洪 杨金金 杨艳

摘要    针对传感器综合化和一体化的发展趋势，提出射频前端复用的思想，建立相参多通道的多体制目标和信号半实物仿真平台。该平台支持海、陆、空、天目标的模拟，支持最多50个目标的复杂场景构建，可满足多个动静态目标的实时状态切换。该平台由行为控制单元、信号资源模型库、基帶信号生成子系统、相参上变频子系统和多通道相参校准模块组成，可通过线馈和空馈的方式对设备和系统进行测试验证。

【关键词】综合化传感器 半实物仿真 多通道相参

1 概述

随着航空技术的发展，为避免多传感器在同一平台下相互干扰、体积庞大的问题，提出了航电综合化的概念，使所有设备的射频前端共用同一套系统，将射频信号转化为数字信号传给各个子系统后再进行处理，提供例如探测、追踪、火控、通信、导航等功能。再通过航空总线技术实现航空电子各子系统之间、通用模块之间的数据分析功能，以实现减轻介质的重量、降低复杂性，支持系统过程控制和状态管理。

通常电子总体系统的各个子系统测试为独立完成，无法支持航电综合化后的系统测试，只能在试飞试航后才能发现问题。这种情况不仅消耗大量人力、物力和财力，而且评估效果低，对出现的问题故障无法定量分析。

半实物仿真系统又称为硬件再回路仿真系统。它是将数学模型、实体模型和物理设备联系在仪器的一种仿真系统，是计算机仿真与物理效应仿真相结合的产物。半实物仿真具有缩短研制周期、提高系统研制质量、降低研制成本等优点，在仿真验证和测试测量领域有着重要的作用。

2 系统组成

综合化传感器半实物仿真与测试验证平台采用基于数字波束合成技术测向体制和干涉仪测向体制下的各功能线程提供射频信号激励，主要用于功能测试验证和指标测试验证等相关试验工作。系统可以用来产生用户所需要的复杂任意波形，并且具备多个通道的相参信号产生，以及运动目标的场景模拟等功能。如图1所示。

系统模拟软件平台运行于计算机上，它能够控制系统中的仪器和相应的软件，该软件中包含系统中控制所需仪器的各种底层驱动和接口软件，能够实时读取和显示当前系统中各部分的工作状态，工作参数等信息，然后把通用目标信号库中产生的波形数据下发到硬件模块中，用户还可以通过轨迹和航迹模拟软件对目标状态描述，包括多普勒、时延、坐标位置信息等参数，并根据输入的航迹产生动态信号，通过平台软件下发。

通用目标库用来产生用户所需要的波形，包括常用的雷达信号，数字调制信号等。同时还提供专用信号模型库的接口，通过信号库可以产生雷达信号、数字调制信号、通信信号、卫星信号、测控信号、电子战信号以及其它形式的任意信号。目标轨迹和航迹模拟软件可模拟被测目标的目标特征，包括速度、位置、天线方向、RCS等特征，根据提供的惯导信息或者坐标信息模拟运动轨迹。

系统软件产生的信号下载到基带任意波形模块，通过触发控制可以实现多通道同步相参输出。系统触发可以采用内部触发和外部触发两种方式。频率扩展模块的作用可将信号搬移到指定频率。信号调理与校准网络是对基带任意波形模块输出信号的功率范围进行调整，同时网络也通过信号的切换、耦合和分配实现系统的自动校准与补偿。校准系统通过宽带示波器和网络分析仪来对多种连接电缆，信号调理器，信号校准网络等外部设备引起的通道间幅度，相位和延时的误差。

3 系统实现与功能

系统平台软件包含场景设置，信号设置，仪器设置三大功能。在该软件上可以根据需要设置所需要的场景模式，以及场景中每个目标信号的特性

在场景设置下，用户可以根据需要设置目标的数目，运动模式和轨迹，信号特性和工作模式。客户可通过可视化的界面来设置模拟场景，既可以显示目标动态的运动轨迹，也可以根据需要显示天线的扫描状态。用户还可以根据需要只显示目标的运动轨迹，显示方式还可以切换为直角坐标的形式。

信号配置的基本配置信息有：信号名称以及信号类型。信号类型包含上述提到的所有信号，其中信号类型是雷达信号时，必须对频率类型、重频调制以及脉内调制进行配置，借此来确定该信号完整类型，并且在配置界面中显示该信号的完整配置项。

仪器设置可根据系统所需仪器自动调用和配置相关参数，包含系统中控制所需仪器的各种底层驱动和接口软件，能够实时读取和显示当前系统中仪器、开关举证等各部分的工作状态，工作参数等信息。

4 结论

综合化传感器半实物仿真与测试验证平台可实现多波束数字波形合成功能，在完成综合化前端传感器的测试提供可靠高效的测试环境，在注入式测试下，可定性定量对被测系统进行验证，为设计和生产阶段提供有力保障。

系统基于模块化设备搭建，在软件定义无线电思想下完成了从设想到半实物的突破。灵活的架构也提供了可快速升级通道数、频段，也方便客户进行自定义二次开发，为各种场景和环境的使用提供了便利的条件。

参考文献

[1]郭淑霞，董中要，刘孟江，高颖.复杂电磁环境模拟技术研究[J].国外电子测量技术，2013（07）：21-25.