一种雷达场景模拟器校准方法

杨 露 盛永鑫 陶成忠

(中国电子科技集团公司第三十八研究所 合肥 230088)

0 引言

雷达场景模拟器可以模拟多个方向、多个辐射源产生的合成电磁信号,为验证雷达在实际工作情况下的性能提供复杂电磁信号。由于雷达场景模拟器使用过程中会出现脉冲丢失、虚假脉冲、频率偏移、复杂信号识别率偏差过大等现象,从而影响雷达作战效能的验证结果真实性,因此必须进行校准。雷达场景模拟器存在信号数量多、频率范围宽、信号样式复杂、信号密度高等特点。受存储深度,处理速度等方面的限制雷达场景模拟器在高密度脉冲流(脉冲流密度高达百万级每秒)下的频率、幅度、相位差、脉冲调制参数等复杂信号测量识别等校准难题,普通测试仪表无法对其进行测量校准。

本文探索一种新型的基于信道化接收机和复杂信号分选识别技术的雷达场景模拟器校准方法,以寻求解决高密度脉冲流情况下频率、幅度、相位差、脉冲调制参数和频率捷变、脉内调频、脉内调相、重频参差等复杂信号测量、识别、验证等问题。

1 雷达场景模拟器特点及校准方法介绍

雷达有线测试阶段,雷达场景模拟器可生成多个自定义的雷达模拟信号,信号形式多样、测量参数多、信号密度大,因此对校准方法和校准装置都有非常高的要求,校准难度大。

基于模拟器以上特点,为了对其进行快速准确的校准,本文提出了一种基于信道化接收机和复杂信号分选识别技术的雷达场景模拟器校准方法。该方法主要由数模混合信道化接收和信号分选处理两部分组成,在侦察雷达领域应用较多,在仪器仪表设计及计量校准领域未曾使用。

图1 基于信道化接收机和复杂信号分选识别技术的雷达场景模拟器校准方法原理图

由于在脉冲密度比较大的时候将会出现重叠的情况,因此脉冲同时到达接收机的时候,普通的测量接收机只能对第一个信号检测,同时接收机在接收脉冲信号的时候出现暂时性屏蔽现象,导致无法接收到脉冲信号,造成脉冲丢失[1]。因此这里采用信道化技术,该技术具有全概率接收和多信号同时处理能力。通过对大的处理带宽进行均匀的信道化分,不仅解决了宽带信号的接收难题,还实现了对多路同时到达信号的采集处理。

对于信道化后的参数编码处理(形成脉冲描述字PDW),再研究新型的小波脊线-PRI信号识别法对信道化后的数据进行分析处理,利用PXI总线将分析后的数据以脉冲描述字的形式存储到主控系统的存储器中,以满足实时快速传输及存储的需求。

该方法的提出,可实现对雷达场景模拟器进行快速准确的校准。

2 数模混合信道化接收技术研究

高密度流环境下的复杂信号测量接收机主要有模拟信道化接收机与数字信道化接收机。模拟信道化接收机综合了超外差和多通道接收机的长处,具有高灵敏度和信号全接收能力,抗干扰能力强[6]。数字信道化接收机方法,参考模拟信道化接收机的实现原理,通过数字方法构造滤波器组,将接收带宽划分为多个子信道,相当于将多个数字接收机并行,然后对所有信道的输出进行数字处理,数字化的数据易于保存,可以进行多次分析处理,实现对信号参数的测量,具有较高的测频精度和稳定性,多信号适应能力强,同时数字信道化接收机集成度很高,体积小,重量轻,应用广泛[3][5]。

本项目是解决高密度脉冲流下的频率、幅度、相位差、脉冲调制参数和频率捷变、脉内调频、脉内调相、重频参差等参数准确测量和复杂信号识别等校准难题。模拟信道化接收机受到实现的模拟滤波器带宽不能极窄的限制,其测频精度等不能满足校准要求。数字信道化接收机受ADC采样速率和后端信号处理速度的影响,信号识别率与校准需求有一定差距。

参考模拟信道化接收机和数字信号化接收机的实现原理,充分利用模拟信道化接收机和数字信号化接收机优点,提出模数混合信道化接收思路。射频信号经下变频后进入模拟滤波器组进行粗略的信道划分;随后将模拟滤波器组的输出信号下变频到中频,用ADC实现模拟信号的数字化;对采样后的数字信号进行数字信道化,输出结果到后面的处理模块,实现信号参数估计和测量。模数混合信道化接收机结合模拟信道化接收机和数字信道化接收机的优点,能减小信号处理的带宽,增强信噪比,降低ADC采样速率和信号处理速率,具有灵敏度高、信号识别率高、动态范围大、参数测量精度高等优势。采用模数混合信道化技术,实现对多个同时到达的空间交叠严重的脉冲信号的实时采集,为后续高速复杂高密度信号的实时处理与存储奠定基础。

3 信号分选处理技术

对于信道化后的信号分选处理,主要包括信号分选与软件设计两部分。

其中,信号分选拟采用一种基于小波脊线-PRI 的分选新方法。该方法的初步思路是:首先用小波脊线法逐个提取雷达信号的瞬时频率,基于时频关系将不同调制类型的雷达信号分成几大类;然后对分类后的具有相同调制类型的每大类信号进行 PRI检测,利用检测到的 PRI 值进一步细分。经过小波脊线法分选后,每类辐射源的个数相对较少,此时利用改进的 PRI 变换算法可准确检测到信号的PRI值,从而实现信号的准确分选[2]。

校准软件计划选用基于PXI平台进行设计。数据传输带宽和延时通常是选择平台时的两项重要指标。PXI通过采用具有最高带宽和最低延时的PCI/PCI Express数据传输总线,从而具有各种仪器平台中最佳的数据带宽和延时特性。采用了PXI平台,嵌入式计算机模块和网络控制器和数据存储器之间的数据带宽较高,可达2GB/s,从而在数据存储时,扩展记录数据的时间,存储更多的数据。校准软件分为时域分析、频域分析以及调制域分析三部分,软件框架如图3所示。

图2 算法流程图

图3 软件系统框图

校准软件运行前先进行装置自检,确保系统内所有模块的工作状态均为正常;然后运行校准软件进行被校系统和校准装置的设置和校准参数的选择,若校准项目为空则继续为空则继续等待,否则按照对话框的提示,选择数据库链接地址,依次进行被选校准项目的测试;测试完毕后若继续进行测试,则重新进入校准项目选择模块,否则保存测试结果,退出校准程序。具体流程框图如图4所示。

图4 校准软件流程框图

4 校准装置工作流程

综上所述,校准装置的工作流程为:雷达场景模拟器n路信号同时输入到校准装置,经过混频、滤波、放大等,进入模拟滤波器组进行粗略的信道划分,随后将模拟滤波器组的输出信号下变频到中频,进行A/D采样,利用数字信道化、数字下变频、数字检波等处理方法实时采集并解析信号类型,形成脉冲描述字(PDW)、I/Q信号等,包括载频、带宽、幅度、相位调制类型等信息;信号分析处理模块接收脉冲信息流、I/Q信号以及幅度信息,经鉴相、比幅、特征参数提取等脉内/脉间参数分析算法处理,输出完整的雷达信号描述信息文件,得出每部雷达信号的载频、幅度、相移、脉宽、脉内/脉间调制信息等准确参数,完成校准。

5 试验结果

本文依据常规雷达信号,编辑了脉间/脉组/脉内捷变以及线性/非线性调频信号、调相信号等复杂脉冲调制信号,利用该方法进行测试,并同时利用信号分析仪进行比测。试验结果可知,该基于信道化接收机的校准方法以及形成的校准系统可以很好地解决雷达场景模拟器存在的高密度脉冲流情况下复杂信号的校准问题。与信号分析仪比测结果如图5至图8所示。

图5 脉间/脉组/脉内捷变以及线性/非线性调频信号信号分析仪测试结果

图6 调相信号信号分析仪测试结果

图7 基于信道化接收机的校准装置测试结果1(table)

图8 基于信道化接收机的校准装置测试结果2(脉内捷变频测试图表)

6 结束语

本文提出的校准系统能够接收并采集雷达场景模拟器发出的高密度复杂脉冲流,并进行分析处理,对模拟器输出的测试信号提供实时、快速、准确的校准,形成相应的校准规范和技术文件。通过校准,对模拟器的测试精度进行溯源,确保量值统一。缩短了测试设备的研制、生产、调试周期,为雷达场景模拟器快速形成提供了技术保障,经济效益和社会效益明显。