技术领域
[0001] 本
发明涉及雷达
信号处理技术领域，尤其涉及一种用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统。
背景技术
[0002] 雷达探测时是基于
电磁波的发射与物体对电磁波的反射原理，通过发射与反射电磁波的
频率与
相位的差异对物体进行方位
定位，由于现实环境中雷达电磁波的反射体非常多，反射路径错综复杂，中频信号发生器、
模拟器一般只能产生一些特定规律的回波
波形，且模拟出的中频信号也很难考虑到射频前端的射频
泄漏等前端信号特性，无法模拟出雷达特有的实际场景信号，导致仿真得到的雷达参数与探测性能与实际的表现相差较大，使得雷达测试结果不准确、抗虚景效果差等
缺陷，因此需要对雷达中频信号进行进一步模拟处理，得到符合要求的中频信号。
[0003] 目前雷达调试普遍采用的中频信号分析方法，即在室外场景采集全探测段数据进行分析，根据分析结果调节
放大器、滤波等参数，然后使用
修改后的
硬件设备再次室外场景采集数据，循环多次直至全探测段内的雷达信号的幅频特性达到相对优良，这种多次循环调试、采集一般能达到比较的好的幅频特性，但需要耗费许多人
力、物力，也影响产品推向市场的时间，尤其是中远距离的探测雷达，额外的场地限制也往往使得调试更加曲折。
[0004] 雷达实际中频回波信号与环境关系很大，不同环境、同一环境中的不同距离的中频信号都是变化的，中频信号模拟处理的一个重要作用就是连接雷达射频前端与数字处理前端的
桥梁，应最大限度的提升需要信号的
信噪比，减弱环境中虚景或不需要信号的信噪比，提供合适的幅频特性曲线，而上述通过传统的中频信号产生系统仅能够生成固定、全探测距离内单一的信号，难以满足雷达中频信号模拟处理的需求；同时，如上述，要实现雷达调试，需在室外场景采集全探测段数据，多次循环调试、采集直至全探测段内的雷达信号的幅频特性达到相对优良，实现操作复杂，且实现成本较高、效率低。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题就在于：针对
现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低、执行效率高且灵活性强的用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统，能够基于一体化结构实现雷达中频信号模拟处理的验证与仿真功能。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统，包括相互连接的可调模拟处理链路以及主控模
块，所述可调模拟处理链路包括依次连接的用于接入待验证雷达中频信号或待仿真雷达回波信号进行前端调理的前端调理模块、用于调节输入中频信号幅频特性的幅频特性调节模块，通过所述主控模块控制打开或关闭所述幅频特性调节模块以及当打开时发送
控制信号给所述幅频特性调节模块，以实现雷达中频信号模拟处理的验证或仿真。
[0007] 进一步的，当进行雷达中频信号模拟处理的验证时，所述主控模块控制打开所述幅频特性调节模块，待验证雷达中频信号依次经所述前端调理模块进行前端调理、所述幅频特性调节模块进行增益调节后输出处理后中频信号，通过所述主控模块发送控制信号给所述幅频特性调节模块以调整所述处理后中频信号。
[0008] 进一步的，当进行雷达中频信号模拟处理的仿真时，先由所述主控模块控制关闭所述幅频特性调节模块，通过所述前端调理模块采集雷达回波信号进行前端调理后，得到待仿真雷达信号，再由所述主控模块控制打开所述幅频特性调节模块，将得到的所述待仿真雷达信号提供给所述幅频特性调节模块进行增益调节，输出处理后雷达信号，通过所述主控模块发送控制信号给所述幅频特性调节模块以调整所述处理后雷达信号。
[0009] 进一步的，所述幅频特性调节模块包括依次连接的高通滤波单元、放大单元以及低通滤波单元，所述高通滤波单元、放大单元以及低通滤波单元分别与所述主控模块连接，所述主控模块通过控制所述高通滤波单元、低通滤波单元的选通或关闭以调节
滤波器截止频率。
[0010] 进一步的，所述高通滤波单元、低通滤波单元采用多阶
无源滤波器，所述无源滤波器通过电容的组合形成不同的电容值以得到所需的截止频率。
[0011] 进一步的，所述前端调理模块为放大器模块。
[0012] 进一步的，所述主控模块包括用于执行
数模转换的DAC转换模块、
控制器模块以及用于执行
模数转换的ADC转换模块，所述控制器模块的一端通过所述DAC转换模块与所述幅频特性调节模块的输入端连接，所述主控模块的另一端通过所述ADC转换模块与所述幅频特性调节模块的输出端连接。
[0013] 进一步的，所述主控模块采用含有DAC转换模块、ADC转换模块的
单片机。
[0014] 进一步的，还包括用于数据存储的存储模块，所述存储模块与所述主控模块连接。
[0015] 进一步的，还包括用于接收外部控制信号以及输出验证或仿真结果的交互模块，所述交互模块与所述主控模块连接。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统，通过由主控模块和可调模拟处理链路形成一套一体化系统，由主控模块控制可调模拟处理链路中幅频特性调节模块的打开或关闭，可以实现不同的信号处理功能，当控制打开幅频特性调节模块时，可以对中频信号进行模拟处理，实现雷达中频信号模拟处理的验证功能，得到符合要求的中频信号，当控制关闭幅频特性调节模块时，可以通过前端调理模块采集实际工作环境中的雷达回波信号进行仿真，再结合幅频特性调节模块即可实现对雷达中频信号模拟处理的仿真功能，使得通过一套系统即可实现雷达中频信号模拟处理的验证和仿真双重功能，大大提高验证仿真实现的效率、减少实现成本。
[0017] 2、本发明用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统，可以实现中频回波信号的模拟处理验证以及模拟处理的参数仿真两个功能，能够解决单纯理论仿真的信号与实际环境相差较大而导致仿真出的参数雷达实际使用时效果比较粗糙或不能使用的问题，又能大幅度减少雷达外场测试、信号调试等的操作，使得不受中长探测距离的额外场地限制，同时降低实现操作的复杂性，一种雷达甚至只需外场测试一次即可符合要求，能灵活适用于各类雷达中。
[0018] 3、本发明用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统，当进行雷达中频信号模拟处理的验证时，将雷达信号经过混频后得到低频的待验证中频信号接入可调模拟处理链路进行模拟处理，待验证中频信号经由前端调理模块进行前端调理、幅频特性调节模块进行增益调节后得到处理后中频信号，验证模拟处理后的中频信号是否符合信号要求，实现对雷达中频信号处理的模拟处理验证，同时由主控模块控制调节可调模拟处理链路中前端调理模块、幅频特性调节模块的参数，能够灵活生成所需的雷达中频信号。
[0019] 4、本发明用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统，当进行雷达中频信号模拟处理的仿真时，以雷达室外工作时实际回波信号为仿真数据，先通过关闭幅频特性调节模块，由通过前端调理模块采集雷达实际工作环境中的回波信号，得到待仿真雷达信号后，再控制打开幅频特性调节模块，待仿真雷达信号经幅频特性调节模块进行增益调节后输出处理后信号，通过调整幅频特性调节模块的参数以得到所需幅频响应曲线，直至得到一组在整个探测范围内相对优选的中频信号处理参数，从而实现雷达中频信号模拟处理的仿真功能，能够方便的得到尽可能优的
模拟信号处理参数。
附图说明
[0020] 图1是本
实施例用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统的结构示意图。
[0021] 图2是本实施例中实现雷达中频信号模拟处理验证功能的实现原理示意图。
[0022] 图3是本实施例中实现模拟处理仿真功能中
数据采集的实现原理示意图。
[0023] 图4是本实施例中实现模拟处理仿真功能的实现原理示意图。
[0024] 图例说明：1、可调模拟处理链路； 11、前端调理模块；12、幅频特性调节模块；121、高通滤波单元；122、放大单元；123、低通滤波单元；2、主控模块；3、存储模块；4、交互模块。
具体实施方式
[0025] 以下结合
说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0026] 如图1所示，本实施例用于雷达中频信号模拟处理的验证仿真一体化系统包括相互连接的可调模拟处理链路1以及主控模块2，可调模拟处理链路1包括依次连接的用于接入待验证雷达中频信号或待仿真雷达回波信号进行前端调理的前端调理模块11、用于调节输入中频信号幅频特性的幅频特性调节模块12，通过主控模块2控制打开或关闭幅频特性调节模块12以及当打开时发送控制信号给幅频特性调节模块12，以实现雷达中频信号模拟处理的验证或仿真。
[0027] 本实施例通过由主控模块2和可调模拟处理链路1形成一套一体化系统，由主控模块2控制可调模拟处理链路1中幅频特性调节模块12的打开或关闭，可以实现不同的信号处理功能，当控制打开幅频特性调节模块12时，可以由前端调理模块11、幅频特性调节模块12构成可调模拟处理链路1对中频信号进行模拟处理，实现雷达中频信号模拟处理的验证功能，得到符合要求的中频信号，当控制关闭幅频特性调节模块12时，可以通过前端调理模块11采集实际工作环境中的雷达回波信号进行仿真，再结合幅频特性调节模块12即可实现对雷达中频信号模拟处理的仿真功能，使得通过一套系统即可实现雷达中频信号模拟处理的验证和仿真双重功能，大大提高验证仿真实现的效率、减少实现成本。
[0028] 本实施例中，当进行雷达中频信号模拟处理的验证时，主控模块2控制打开幅频特性调节模块12，待验证雷达中频信号依次经前端调理模块11进行前端调理、幅频特性调节模块12进行增益调节后输出处理后中频信号，通过主控模块2发送控制信号给幅频特性调节模块12以调整处理后中频信号。具体控制选通幅频特性调节模块12后，将雷达信号经过混频后得到低频的待验证中频信号接入可调模拟处理链路1进行模拟处理，待验证中频信号经由前端调理模块11进行前端调理、幅频特性调节模块12进行增益调节后得到处理后中频信号，验证模拟处理后的中频信号是否符合信号要求，实现对雷达中频信号处理的模拟处理验证，同时由主控模块2控制调节可调模拟处理链路1中前端调理模块11、幅频特性调节模块12的参数，能够灵活生成所需的雷达中频信号。
[0029] 本实施例中，当进行雷达中频信号模拟处理的仿真时，先由主控模块2控制关闭幅频特性调节模块12，通过前端调理模块11采集雷达回波信号进行前端调理后，得到待仿真雷达信号，再由主控模块2控制打开幅频特性调节模块12，将得到的待仿真雷达信号提供给幅频特性调节模块12进行增益调节，输出处理后雷达信号，通过主控模块2发送控制信号给幅频特性调节模块12以调整处理后雷达信号。具体以雷达室外工作时实际回波信号为仿真元素，先通过关闭幅频特性调节模块12，由通过前端调理模块11采集雷达实际工作环境中的回波信号，得到待仿真雷达信号后，再控制打开幅频特性调节模块12，待仿真雷达信号经幅频特性调节模块12进行增益调节后输出处理后信号，通过调整幅频特性调节模块12的参数以得到所需幅频响应曲线，直至得到一组在整个探测范围内相对优选的中频信号处理参数，从而实现雷达中频信号模拟处理的仿真功能，能够方便的得到尽可能优的模拟信号处理参数。
[0030] 由于雷达实际中频回波信号中会有环境物体的反射、环境与距离对雷达信号的衰减等因素，既定的、推算生成的传统的仿真方式信号很难实时产生这些复杂、多变的信号，本实施例仿真时使用雷达实际室外工作环境中的数据作为仿真数据，仿真生成的模拟信号处理参数可以直接使用在
电路中，即能高度贴近产品成型后的实际效果的能力，又无需如传统的雷达调试中频模拟信号处理链路时需要多次、反复地进行室外采数、调整，能够大幅度的减少测试操作，大大提高仿真的效率，降低实现成本，采集得到的数据还可以作为基本信号实现批量测试。
[0031] 本实施例中，前端调理模块11具体为放大器模块，用于将输入的雷达信号放大到后续模数转换所需范围，可以采用
运算放大器电路以实现第一级放大。在具体应用实施例中，前端调理模块11具体可采用固定增益为20db的低噪放电路，以对输入的雷达信号进行第一级放大，10倍的增益在通用的雷达系统中还远不会达到ADC饱和输入，但能在整个放大回路中分担前级20dB的增益，能避免一级运放过大带来的噪声及带宽等问题，同时在仿真功能中提供适当的增益可以更好的采集原始数据。
[0032] 本实施例中，幅频特性调节模块12具体包括依次连接的高通滤波单元121、放大单元122以及低通滤波单元123，高通滤波单元121、放大单元122以及低通滤波单元123分别与主控模块2连接，主控模块2通过控制高通滤波单元121、低通滤波单元123的选通或关闭以调节滤波器截止频率。雷达信号探测具有近距离目标回波信号频率低、信号强度大，远距离目标回波信号频率高、信号强度小的特点，通过上述幅频特性调节模块12对雷达信号进行增益调节，能够适应雷达的特性在低频段提供小增益甚至抑制，而在高频段提供高增益，以及在探测范围外的频率段实现高衰减的
带通滤波器的功能，且上述幅频特性调节模块12中，结合前端调理模块11、放大单元122的两级放大电路，以及高通滤波单元121、低通滤波单元123的滤波器，能够尽可能降低噪声幅度、减弱探测范围以外的信号放大倍数，从而尽可能的提高有用信号的信噪比。
[0033] 本实施例中，高通滤波单元121、低通滤波单元123具体采用多阶无源滤波器，该滤波器由
电阻、电容组成，截止频率f= ，且阶数越高则
阻带越陡峭，本实施例无源滤波器具体通过电容的组合形成不同的电容值以得到所需截止频率。传统的有源数控滤波器如
开关电容滤波器具有固定的开关频率噪声及“共振”等缺陷，不适用对噪声敏感且
输入信号频率连续的雷达中频信号的处理，无源滤波器具有结构简单、易于实现且对带内
相位噪声影响小等优点，本实施例通过采用无源滤波器对雷达中频信号进行处理，能够进一步提高滤波性能，同时进一步降低系统实现复杂度。
[0034] 上述高通滤波单元121、低通滤波单元123以及放大单元122具体均采用数控模块，其中数控高通、
低通滤波器为无源滤波器结构，使用数控无源滤波器能在不增加额外输入噪声的前提下，实现滤波器截止频率的数字控制。上述电容组合具体可采用单芯片8路单刀单掷芯片ADG715，通过主控模块2控制滤波器的选通与关闭以调节滤波器截止频率。
[0035] 上述放大单元122具体可采用数字控制VGA(
可变增益放大器)，结合前端调理模块11的第一级放大，模拟信号验证能提供较宽的增益调节范围，满足各类雷达中频信号模拟处理的验证与仿真需求。
[0036] 本实施例具体通过对可调模拟处理链路1中两级放大器电路的放大倍数、滤波器电路的截止频率进行设定，通过观察得到的处理后中频信号时域、频域上的实时信号判断上述各电路的参数是否需要调整。
[0037] 本实施例中，主控模块2包括用于执行数模转换的DAC转换模块21、控制器模块22以及用于执行模数转换的ADC转换模块23，控制器模块22的一端通过DAC转换模块21与幅频特性调节模块12的输入端连接，主控模块2的另一端通过ADC转换模块23与幅频特性调节模块12的输出端连接。上述主控模块2具体可采用含有DAC转换模块、ADC转换模块的单片机实现，如采用内部集成多路高速ADC与DAC外设的单片机控制器STM32H750，控制器通过I2C控制电容、电阻组的开关实现不同的阻容组合，通过SPI设定放大器的放大倍数。
[0038] 本实施例中，还包括用于数据存储的存储模块3，存储模块3与主控模块2连接。
[0039] 本实施例中，还包括用于接收外部控制信号以及输出验证或仿真结果的交互模块4，交互模块4与主控模块2连接，可以通过交互模块4的波形显示直观的观察中频模拟信号处理的参数是否合理、信号是否饱和以及是否需要调整等状况，从而实现电路参数的验证。
[0040] 本实施例采用上述结构实现模拟验证功能时，如图2所示，通过交互模块4控制系统进入模拟验证模式，由前端调理模块11、高通滤波单元121、放大单元122、低通滤波单元123依次组成数字可调的模拟信号处理链路，雷达信号经过混频后得到低频的待验证中频信号，待验证中频信号由前端调理模块11放大到ADC输入端要求的范围，经过可调模拟处理链路1后进入单片机控制器中ADC转换模块，由主控模块2设定高通滤波单元121、低通滤波单元123的截止频率，以及设置放大单元122的放大倍数，形成一组中频模拟处理的参数，待验证雷达中频信号从前端调理模块11接入后，经过由高通滤波单元121、放大单元122、低通滤波单元123构成的幅频特性调节模块12进行增益调节，输出处理后中频信号，由单片机系统的ADC采集该处理后中频信号，通过存储模块3进行存储以及通过交互模块4进行显示，进一步还可以配置为同时显示模拟信号，由显示结果验证处理后信号是否符合信号要求。
[0041] 本实施例采用上述结构实现模拟仿真功能时，如图3、4所示，将雷达在室外工作区域架设好，待测目标准备开始移动，将系统工作模式调为仿真模式后，以关闭幅频特性调节模块12，当目标开始移动时启动采集，雷达混频后的中频低频信号经过前端调理模块11后进入单片机控制器的ADC转换模块，ADC转换模块将未经过幅频特性调节模块12处理后的信号进行模数转换后保存在存储模块3中，同时将时域与频域的信号波形显示在交互模块4上，当目标移动至雷达探测距离的最远处后，停止数据采集；再利用上述采集到的雷达在实际环境中的回波信号作为输入信号进行仿真，即将采集的实际原始数据通过单片机控制器的DAC转换模块转化为模拟信号输入给幅频特性调节模块12，由单片机控制器控制其中高通、低通滤波器的截止频率以及放大器的增益，DAC输出的信号经过高通、放大、低通后进入ADC，ADC将模拟转换为
数字信号，在交互模块4上实时显示经过幅频特性调节模块12处理后的时域、频域波形，同时根据信号幅度调节滤波器参数与放大器参数，经过多次自动参数调节循环后系统选取整个探测距离内最优的一组参数保存，实现模拟处理参数的仿真。
[0042] 本实施例通过上述系统可以实现两个功能：中频回波信号的模拟处理验证以及模拟处理的参数仿真，能够解决单纯理论仿真的信号与实际环境相差较大而导致仿真出的参数雷达实际使用时效果比较粗糙或不能使用的问题，又能大幅度减少雷达外场测试、信号调试等的操作，使得不受中长探测距离的额外场地限制，同时降低实现操作的复杂性，一种雷达甚至只需外场测试一次即可符合要求，能灵活适用于各类雷达中。
[0043] 本实施例上述雷达具体为毫米波雷达，当然也可以适用于原理类似的其他体制雷达。
[0044] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
