技术领域
[0001] 本
发明涉及一种射频/光学复合仿真系统，属于射频仿真技术领域。
背景技术
[0002] 为了研制和开发高性能的射频/光学双模复合寻的制导，验证双模探测器的性能，需要进行大量的试飞试验。而试验室进行的
半实物仿真试验，能够逼真模拟真实环境，达到性能验证的目的，同时大大降低研制成本、缩短研制周期。现在的制导仿真系统为光学或射频单一模式的制导仿真系统，无法进行全程的复合模式制导仿真试验。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服
现有技术中的不足，提供一种射频/光学复合仿真系统，能够实现复合被试品的射频和光学复合仿真测试。
[0004] 为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
[0005] 一种射频/光学复合仿真系统，包括射频
信号源、复合转台、阵列馈电单元及与复合转台连接的光学景象
模拟器及波束合成器；所述复合转台用于完成复合被试品的
姿态模拟和光学目标的
位置模拟；
[0006] 所述阵列馈电单元能够接收
射频信号源发出的射频目标回波信号，并能够将所接收的射频目标回波信号
辐射至波束合成器；所述光学景象模拟器能够向波束合成器发射光学景象目标信号；所述波束合成器能够将所接收到的射频目标回波信号及光学景象目标信号复合后投射至复合转台上的复合被试品上。
[0007] 进一步的，所述射频信号源包括雷达
同步信号接收单元、主动相参雷达目标回波特性单元、多目标回波信号模拟单元及目标背景杂波信号模拟单元；
[0008] 所述雷达同步信号接收单元将所接收的雷达信号转换为雷达基带信号，根据相参目标模拟要求把得到的雷达基带信号输出到主动相参雷达目标回波特性单元，对信号进行目标特性调制；根据多目标模拟要求将得到的雷达基带信号输出到多目标回波信号模拟单元，对信号进行多目标特性调制；根据背景杂波模拟要求把得到的雷达基带信号输出到目标背景杂波信号模拟单元，对信号进行背景杂波调制。
[0009] 进一步的，所述光学景象模拟器包括光学图像生成单元，所述光学图像生成单元用于生成光波模拟目标的光学特征信息。
[0010] 进一步的，所述阵列馈电单元包括顺次连接的幅相控制单元、
开关选通单元、球面信号辐射阵列和辐射天线，所述福相控制单元用于对辐射信号进行幅度和
相位控制，开关选通单元对辐射信号进行选通，球面信号辐射阵列能够将选通的辐射信号经辐射天线辐射至复合转台上的复合被试品上。
[0011] 进一步的，所述球面信号辐射阵列包括多个信号辐射设备，各信号辐射设备分别包括：8mm上
变频器、三个相邻的8mm辐射天线构成的三元组、三个六
自由度调整装置；各辐射天线一一对应安装于六自由度调整装置上；各辐射天线的信号辐射方向均与复合转台相对准；所述上变频器安装于辐射天线后部，用于将接收到的
微波频段信号变频到8mm射频信号。
[0012] 进一步的，所述幅相控制单元包括
功率分配器和三条输出通道，各输出通道均包括程控
移相器、程控
衰减器和线性功率
放大器；
[0013] 所述功率分配器将射频信号源发出的雷达信号功分为三路信号，功分后的三路信号分别进入三条输出通道；每个输出通道根据当前需要模拟的
角位置信息得到的相位信息、幅度信息对各自输出通道中的程控移相器、程控衰减器进行相应的控制，通过线性
功率放大器放大后输出，通过控制三元组的三个辐射天线的辐射信号的相对振幅控制辐射中心。
[0014] 进一步的，所述开关选通单元包括三个开关控制支路，各开关控制支路由开关树阵组成；三个开关控制支路输出端与三元组的三个辐射天线一一对应连接，用于选通三元组。
[0015] 进一步的，所述复合转台包括三轴姿态模拟转台和连接于三轴姿态模拟转台上的光学目标两轴模拟转台；所述三轴姿态模拟转台上设有方位运动
支撑臂，用于实现光学仿真与射频仿真分口径和共孔径方式协同工作；所述复合被试品置于三轴姿态模拟转台上，所述光学景象模拟器、波束合成器连接于光学目标两轴模拟转台上。
[0016] 进一步的，所述复合被试品输出的发射信号通过地沟
电缆或
波导接入射频信号源。
[0017] 进一步的，所述系统还包括校准单元，所述校准单元包括接收前端和
矢量网络分析仪，
[0018] 所述接收前端用于空间接收阵列馈电单元辐射的校准信号，并将校准信号输出到矢量网络分析仪的分析端口；所述矢量网络分析仪通过
软件采集当前分析数据，对当前分析数据进行转换处理后得到需要的结果。
[0019] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果包括：
[0020] (1)采用光学景象模拟器及波束合成器连接于复合转台上，通过控制复合状态能够完成复合被试品的姿态模拟和光学目标的位置模拟，形成光学目标和射频目标的统一，构成逼真的复合目标和场景，能够实现射频和光学复合仿真测试；
[0021] (2)波束合成器的引入能够保证射频信号和光学信号沿同一方向传播、同步进入复合被试品，实现与外场工作环境实际情况相一致的内场仿真模拟，仿真测试结果更加准确。
附图说明
[0022] 图1是根据本发明
实施例提供的一种射频/光学复合仿真系统的结构原理
框图；
[0023] 图2是根据本发明实施例提供的复合转台与光学景象模拟器、波束合成器的连接结构示意图；
[0024] 图3是根据本发明实施例提供的射频目标回波信号及光学景象目标信号复合的原理框图。
[0025] 图中：1、复合转台；2、复合被试品；3、复合测试暗室；4、地沟电缆或波导；5、电动伺服转台；6、光学伺服转台；7、波束合成器；8、球面信号辐射阵列；S1、射频信号；S2、光学信号；S0、复合信号。
具体实施方式
[0026] 射频/光学复合仿真系统可实现武器系统精确制导控制系统的半实物仿真，以及复合被试品2及相关分机的性能测试，达到在实验室(暗室)条件下优化选择和检验精确制导控制系统参数，以及检验武器系统作战能
力的目的。本发明实施例提供的射频/光学复合仿真系统可以完成雷达被试品和光学被试品的独立测试、雷达/光学被试品的复合测试等需求。本发明实施例提供的射频光学复合仿真系采用的复合转台1能够完成复合被试品2的姿态模拟和光学目标的位置模拟，实现光学目标和射频目标的有机再现，构成逼真的复合目标信号和场景。对这种使用需求，在系统建设中要特别关注光学景象模拟器对射频目标信号的影响，即在射频辐射信号
角位移阵列目标模拟器的设计中，要充分分析论证光学景象模拟器对射频辐射信号角位置
精度的影响，并且在工程上采取措施降低这一影响，本发明实施例提供的射频/光学复合仿真系统能够减少光学目标和射频目标的相互干涉，保证仿真目标的角位置精度以及双模工作下的目标探测能力。
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0028] 如图1至3所示，本发明实施例提供的射频/光学复合仿真系统，包括射频信号源、光学景象模拟器、波束合成器7、阵列馈电单元、主控制单元、复合测试暗室3、复合转台1；复合被试品2、光学景象模拟器、波束合成器7设于复合转台1上，通过控制复合转台1能够完成复合被试品2的姿态模拟和光学目标的位置模拟。
[0029] 所述射频信号源的输出端与阵列馈电单元相连；所述阵列馈电单元接收并处理射频信号源输出的射频目标回波信号后，辐射至波束合成器7；所述光学景象模拟器能够输出光学目标至波束合成器7，波束合成器7能够将所接收到的射频目标回波信号及光学景象目标信号复合后投射至复合转台1上的复合被试品2上。所述主控制单元的数据传输端与射频信号源、阵列馈电单元、光学景象模拟器、复合转台1、复合被试品2的数据传输端相连。
[0030] 所述射频信号源包括接收雷达同步信号单元，主动相参雷达目标回波特性单元，多目标回波信号模拟单元，以及目标背景杂波信号模拟单元。由雷达同步信号接收单元接收雷达信号后经过信号下变频处理后得到基带信号，根据当前模拟功能要求判断输出雷达基带信号到特定单元，根据相参目标模拟要求把得到的雷达基带信号输出到主动相参雷达目标回波特性单元，对信号进行目标特性调制，目标特性包括有目标距离信息、速度信息、功率信息，根据多目标模拟要求将得到的雷达基带信号输出到多目标回波信号模拟单元，对信号进行多目标特性调制，多目标特性包括目标距离信息、目标速度信息、目标功率信息、多目标优先级信息、多目标起伏特性，根据背景杂波模拟要求把得到的雷达基带信号输出到目标背景杂波信号模拟单元，对信号进行背景杂波调制，背景杂波主要特性包括杂波类型、杂波起伏特性、杂波输出功率。
[0031] 所述光学景象模拟器包括光学图像生成单元，光学图像生成单元在主控制单元的作用下生成光学目标或背景图像经波束合成器7反射后投影至复合被试品2内部。
[0032] 所述波束合成器7包括光学/射频耦合单元，雷达波能够透过光学/射频耦合系统被复合被试品2接收，这样光学目标与雷达目标通过光学/射频耦合系统复合后投射给复合被试品2，实现双模模拟器互不干扰，完成复合被试品2的光学与雷达的双模复合的半实物仿真与测试。
[0033] 所述阵列馈电单元包括：顺次相连的幅相控制单元、开关选通单元、球面信号辐射阵列8、辐射天线；所述幅相控制单元与主控制单元相连，通过控制总线控制需要的角位置幅相控制信息；所述开关选通单元，完成角度控制所需要的天线三元组控制；所述球面信号辐射阵列8包括多个信号辐射设备，各信号辐射设备包括：8mm上变频器、三个相邻的8mm辐射天线构成的三元组、三个六自由度调整装置。上变频器安装于8mm辐射天线后部，近连接到辐射天线，减少电缆损耗，上变频器用于将微波频段信号变频到8mm射频信号；所述各辐射天线均安装在各六自由度调整装置上；各天线辐射信号的辐射方向均正对着复合转台1。
[0034] 所述主控制单元包含测试系统总控计算机、测试系统总控计算机通信连接的与射频控制计算机、阵列馈电控制计算机、光学场景控制计算机、复合转台1控制计算机、被试品交互控制计算机、校准控制计算机，用于完成整个复合仿真系统的单模、多模、半实物仿真功能。
[0035] 所述复合测试暗室3是指根据系统仿真要求建立的信号测试环境，包括暗室3屏蔽工程和吸波工程。在本发明的一种实施例中，所述复合测试暗室3能够实现射频波段的屏蔽性能：100MHz～40GHz屏蔽效能：≥90dB，射频波段的静区反射电平4GHz～40GHz：优于-50dB。
[0036] 所述复合转台1，主要包括三轴姿态模拟转台和光学目标两轴模拟转台，完成复合仿真中复合被试品2的姿态模拟和光学目标的位置模拟。复合被试品2安装于三轴姿态模拟转台上，并通过被试品交互控制计算机与总控计算机相连。被试品交互控制计算机在实时仿真试验时，用于弹目相对运动计算、弹道仿真计算，弹道数据的坐标转换，完成总控计算机与复合被试品2之间的通信。在本发明的一种实施例中，所述复合转台1中的三轴姿态模拟转台采用电动伺服转台5，更具体的采用U-U-O型结构形式的电动伺服转台5，能够模拟
滚转、
俯仰和方位三个自由度转动；光学目标两轴模拟转台采用
门框式结构的光学伺服转台6，能够实现方位、俯仰两个自由度转动。
[0037] 所述幅相控制单元用于进行信号的幅度和相位控制，从而控制辐射信号在三元组中的角位置，它包括功率分配器和三条输出通道，各输出通道均包括程控移相器、程控衰减器、线性功率放大器。经过射频信号源调制后雷达信号输入到功率分配器，通过功率分配器功分为三路同相同幅的信号，功分后的三路信号分别进入三条输出通道、每个输出通道根据当前需要模拟的角位置信息，通过计算得到的相位信息、幅度信息对通路中的程控移相器、程控衰减器进行相应的控制，信号经过控制后通过线性功率放大器，放大后输出。辐射中心在三元组内的位置是通过控制三元组的三个辐射天线辐射信号的相对振幅来控制的。这种控制方式可以
控制信号的辐射中心在三元组内的位置运动，称为精确位置控制。
[0038] 所述开关选通单元包括三个开关控制支路，各开关控制支路由开关树阵组成，射频目标在三元组天线之间的运动是通过阵列馈电单元内的开关树阵来实现的。所述三组开关矩阵的每个输出端口均与各信号辐射设备的三元组内的天线相连，用于选通各三元组；各开关选通单元与幅相控制单元中的三条输出通道的输出端相连。
[0039] 幅相控制单元和开关选通单元用于将射频信号源输出的信号分为三路，并分别进行幅相控制和开关选通工作，幅相控制单元对输出的三路信号分别进行幅度和相位的控制，以设定三元组中的信号幅度和相位特性，把目标回波信号通过试验要求在某一角位置上以三元组天线辐射给复合被试品2。
[0040] 系统还包括校准单元，所述校准单元包括接收前端和矢量网络分析仪，接收前端用于空间接收阵列馈电发射天线辐射的校准信号，通过接收前端接收后通过电缆输出到矢量网络分析仪的分析端口，通过软件采集当前分析数据，对数据进行转换处理后得到需要的结果。
[0041] 本发明实施例提供的射频/光学复合仿真系统的仿真测试实现过程具体如下：
[0042] 将复合被试品2架设于复合转台1上，由复合转台1实现复合被试品2运动姿态特性的模拟。
[0043] 复合被试品2接收阵列馈电单元输出的目标信号、
干扰信号、环境信号和辐射源信号，并对上述信号进行处理，实现对目标的截获和
跟踪。通过在阵列馈电单元上输出所需的目标、干扰及环境信号，考核复合被试品2在该信号环境下对目标的截获、跟踪等动态性能。
[0044] 在进行射频仿真测试时，射频信号源通过线馈或空馈方式接收复合被试品2输出的雷达发射信号(8mm波段)，以该发射信号为
基础，在其上
叠加各种时间延迟、信号幅度变化、多普勒调制等，实现目标回波信号以及干扰信号的模拟，调制信号的模式将按照当前复合被试品2与目标之间的相对运动关系以及相对角度关系，计算目标的模型，实现信号的调
制模拟。
[0045] 对于线馈方式，复合被试品2输出的发射信号通过地沟电缆4(或波导4)接入射频信号源，射频信号源输出的各种
模拟信号通过
馈线传输至复合被试品2。对于空馈方式，经由阵列馈线系统上的接收天线接收复合被试品2的发射信号，传送至射频信号源，而射频信号源所输出的各种模拟信号通过阵列馈电单元以当时实际的角度，向复合被试品2辐射。阵列馈电单元按照三元组合成信号连续角度辐射方式向被试雷达输出目标、干扰及环境信号。针对主动体制雷达试验时，阵列馈电单元主要以三元组形式进行角度控制，通过控制三元组三个辐射单元的幅度和相位，以精确的角度向复合被试品2辐射信号。系统在8mm频段信号辐射时，由阵列接收天线接收辐射信号，经过下变频处理后将接收到的射频信号变频到微波频段上，在微波频段进行处理，在角位移阵列目标模拟器采用后置上变频的方式将微波信号变回到8mm频段辐射出去。
[0046] 被试光学被试品接收光学景象模拟器输出的红外目标信号和场景信号，考核复合被试品2在该光学景象下对目标的截获、跟踪等动态性能。
[0047] 光学伺服转台6是二维电动运动机构，它被设计在电动伺服转台5外部。它始终保持光学景象模拟器的光学目标景象窗口对准复合被试品2的光学探测窗口，而光学目标景象实时更新到当前位置的光学目标景象。此时，光学仿真可以实现与射频仿真分口径和共口径方式协同工作。采用方位运动机构，在电动伺服转台5上增加方位运动支撑臂，可以实现光学与射频仿真分口径方式协同工作。
[0048] 复合被试品2的射频仿真试验与传统半实物射频仿真一致，叠加光学目标及场景仿真后能够实现射频/光学被试品复合仿真测试及试验。射频/光学复合测试考核射频/光学被试品的复合探测、交接班和数据融合等能力。尤其重要的是：在射频/光学复合测试时，两者之间的精确同步关系，以及与复合被试品2测试数据的时间对准。采用
硬件来进行硬同步和输出时标，可实现各设备50ns的时间对准，结合实时
操作系统，能保证复合测试系统的时间同步要求。
[0049] 表1
[0050]
频率 射频精度(mrad) 射频/光学复合精度(mrad)
33 0.321 0.355
34 0.335 0.381
35 0.361 0.412
36 0.401 0.435
37 0.398 0.452
[0051] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
