毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)及信號產(chǎn)生方法和線性度測試方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于毫米波器件技術(shù)領域，特別是一種毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)及信 號產(chǎn)生方法和線性度測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十年來，隨著國內(nèi)毫米波器件技術(shù)的成熟，毫米波被動探測器（毫米波輻射計） 的研宄取得了突破性進展，其成本進一步降低，成為了靈巧彈藥尤其是末敏彈首選的探測 器。
[0003] 末敏彈中毫米波被動探測器主要是毫米波交流輻射計，在裝備之前需要進行測試 與標定，其試驗包括野外動態(tài)測試和室內(nèi)靜態(tài)整機性能參數(shù)測試。靜態(tài)整機性能測試包括 靈敏度、積分時間、動態(tài)范圍測試、目標信號仿真與識別等。動態(tài)測試一般進行炮射試驗和 高塔試驗，炮射試驗是含毫米波探測器的全備末敏彈對實際目標的探測試驗，成本較高；高 塔試驗通常將毫米波輻射計放在規(guī)定高度的高塔轉(zhuǎn)臺上模擬末敏彈對目標的掃描探測過 程，一般一次只能做一個高度的探測試驗，而末敏彈實際探測是從高到低不同高度的對目 標的掃描探測過程，因此高塔試驗并不能很好地模擬末敏彈的探測全過程。一種比較好的 方法是建立半實物仿真測試系統(tǒng)。
[0004] 目前在雷達探測、導航、紅外探測和飛控等領域已有了不少半實物仿真測試系統(tǒng)。 《彈載毫米波輻射計信號半實物仿真》給出了一款毫米波輻射計的半實物仿真測試系統(tǒng)，工 作在遠場條件下，以輻射計探測目標的天線溫度變化量的控制信號表達式，從原理上解決 了實際距離上的探測與半實物仿真系統(tǒng)之間的等效關系，但沒有給出半實物仿真系統(tǒng)以目 標信號的電壓控制信號形式的具體實現(xiàn)方法，在直觀上和實際應用上沒有可操作性；《3mm 波段被動探測器的仿真測試系統(tǒng)研制》在半實物仿真系統(tǒng)控制器的硬件制作和軟件設計方 面作了詳細的論述，對目標信號模擬也作了詳細的分析討論，并采用了電調(diào)衰減器來進行 目標仿真信號的控制，解決了信號控制的硬件之間的接口與連接問題，但同樣沒給出目標 模擬時的電壓控制信號表達式和測試時具體信號控制形式，電調(diào)衰減器上控制電壓信號與 實際距離上探測試驗信號的等效沒有直接聯(lián)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)及信號產(chǎn)生方法和線 性度測試方法。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)，包括目 標模擬器、無回波隔離箱、毫米波輻射計、控制電路和上位機；
[0007] 所述無回波隔離箱為長方體結(jié)構(gòu)，其長度方向相對的兩個面正中間分別開有第一 開口和第二開口；所述目標模擬器設置在第一開口中，目標模擬器外周與第一開口密封； 所述第二開口處安裝有三框夾角調(diào)整架，三框夾角調(diào)整架外周與第二開口密封；所述毫米 波輻射計緊密設置在三框夾角調(diào)整架內(nèi)，所述三框夾角調(diào)整架用于調(diào)整毫米波輻射計的俯 仰角和方位角；無回波隔離箱內(nèi)側(cè)鋪滿吸波材料；
[0008] 所述目標模擬器包括依次串聯(lián)的噪聲源、壓控衰減器和發(fā)射天線，所述控制電路 包括微控制器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
[0009] 所述計算機與微控制器相連，微控制器的數(shù)字輸出端口與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)字 輸入端口相連，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出端口與壓控衰減器的控制電壓端口相連， 壓控衰減器控制噪聲源產(chǎn)生電磁波，通過發(fā)射天線發(fā)射出去，被測毫米波輻射計與模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端相連，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端口與微控制器數(shù)字輸入端口相 連，微控制器與計算機相連，將電壓信號發(fā)送給計算機。
[0010] 一種毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)的信號產(chǎn)生控制方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟1、上位機仿真毫米波輻射計探測目標過程得到一組天線溫度隨時間的變化 數(shù)據(jù)Ta⑴；
[0012] 步驟2、通過微波矢量網(wǎng)絡分析儀測試目標模擬器中的壓控衰減器的控制電壓和 衰減量之間的映射關系κ ;
[0013] 步驟3、若目標模擬器發(fā)射天線和被測輻射計的接收天線滿足雙天線系統(tǒng)的遠場 條件即R>2 (D+d)2/λ，控制衰減器的控制電壓V (t)為
[0014] V (t) = κ -1 [TA (t) (4 π R) V ((ENR+1) · T0LTSGtGr λ 2)]
[0015] 若目標模擬器和被測輻射計之間的距離滿足近場條件，且不低于0. 14倍雙天線 系統(tǒng)的遠場條件距離時，即0. 28 (D+d)2/ λ <R〈2 (D+d)2/ λ，控制衰減器的控制電壓V (t)為
【主權(quán)項】
1. 一種毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括目標模擬器、無回波隔離箱、 毫米波輻射計、控制電路和上位機； 所述無回波隔離箱為長方體結(jié)構(gòu)，其長度方向相對的兩個面正中間分別開有第一開口 和第二開口；所述目標模擬器設置在第一開口中，目標模擬器外周與第一開口密封；所述 第二開口處安裝有三框夾角調(diào)整架，三框夾角調(diào)整架外周與第二開口密封；所述毫米波輻 射計緊密設置在三框夾角調(diào)整架內(nèi)，所述三框夾角調(diào)整架用于調(diào)整毫米波輻射計的俯仰角 和方位角；無回波隔離箱內(nèi)側(cè)鋪滿吸波材料； 所述目標模擬器包括依次串聯(lián)的噪聲源、壓控衰減器和發(fā)射天線，所述控制電路包括 微控制器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器； 所述計算機與微控制器相連，微控制器的數(shù)字輸出端口與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入 端口相連，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出端口與壓控衰減器的控制電壓端口相連，壓控 衰減器控制噪聲源產(chǎn)生電磁波，通過發(fā)射天線發(fā)射出去，被測毫米波輻射計與模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器的模擬輸入端相連，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端口與微控制器數(shù)字輸入端口相連， 微控制器與計算機相連，將電壓信號發(fā)送給計算機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述三框夾角 調(diào)整架包括外框架、中間框架和內(nèi)框架；內(nèi)框架中間為圓口，所述圓口用于安裝毫米波輻射 計，圓口尺寸與毫米波輻射計的口徑大小相同；所述外框架和中間框架之間設置俯仰轉(zhuǎn)軸， 中間框架和內(nèi)框架設置方位轉(zhuǎn)軸，或者所述外框架和中間框架之間設置方位轉(zhuǎn)軸，中間框 架和內(nèi)框架設置俯仰轉(zhuǎn)軸；通過俯仰轉(zhuǎn)軸和方位轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動改變毫米波輻射計的俯仰角和 方位角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述三框夾角 調(diào)整架俯仰角和方位角調(diào)整處均設置有渦輪蝸桿和游標卡尺，用于設定圓孔內(nèi)毫米波交流 輻射計的俯仰角和方位角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述無回波 隔離箱的內(nèi)側(cè)鋪滿尖劈形吸波材料，拐角處采用平板吸波材料過渡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器 采用ARM C0RTEX-M3內(nèi)核的STM32芯片，微控制器還連接有觸摸屏，用于人機交互。
6. -種基于權(quán)利要求1所述的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)的信號產(chǎn)生控制方法，其 特征在于，包括以下步驟： 步驟1、上位機仿真毫米波輻射計探測目標過程得到一組天線溫度隨時間的變化數(shù)據(jù) Ta⑴； 步驟2、通過微波矢量網(wǎng)絡分析儀測試目標模擬器中的壓控衰減器的控制電壓和衰減 量之間的映射關系κ ; 步驟3、若目標模擬器發(fā)射天線和被測輻射計的接收天線滿足雙天線系統(tǒng)的遠場條件 即R>2 (D+d)2/ λ，控制衰減器的控制電壓V (t)為 V (t) = κ ―1 [TA (t) (4 π R)2/((ENR+1) · T0LreGtGr λ 2)] 若目標模擬器和被測輻射計之間的距離滿足近場條件，且不低于〇. 14倍雙天線系統(tǒng) 的遠場條件距離時，即〇. 28 (D+d)2/ λ <R〈2 (D+d)2/ λ，控制衰減器的控制電壓V (t)為
其中，Ttl為以單位開爾文表示的環(huán)境溫度，ENR為噪聲源的超噪比；K為控制電壓和衰 減量的映射關系；Lts為目標模擬器的系統(tǒng)損耗；Ta為上位機仿真得到的天線溫度；R為兩個 天線之間的距離；G t為發(fā)射天線遠場增益；G 接收天線遠場增益；λ為系統(tǒng)工作的電磁 波波長；D和d分別是目標模擬器天線和被測輻射計天線的口徑；k為波數(shù)； 步驟4、上位機將控制電壓V (t)發(fā)送至微控制器，微控制器將接到的控制電壓數(shù)據(jù)發(fā) 送給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓，控制壓控衰減器的衰減量，壓控衰減 器控制噪聲源產(chǎn)生的毫米波噪聲溫度信號； 步驟5、毫米波噪聲溫度信號通過發(fā)射天線發(fā)射出去，模擬野外目標輻射信號； 步驟6、被測毫米波輻射計接收到毫米波噪聲溫度信號，被測毫米波輻射計輸出的電壓 信號經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微控制器發(fā)送給上位機，上位機顯示接收到的電壓信號波形。
7. -種基于權(quán)利要求1所述的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)的線性度測試方法，其特 征在于，包括以下步驟： 第一步、上位機發(fā)出控制電壓數(shù)據(jù)，所述控制電壓數(shù)據(jù)為N個脈沖波形；脈沖波形的低 電平為零，高電平滿足V(n) = k<(k (〇)-n*d)，n= 1，2，·"，Ν，Ν為10~30之間的整 數(shù)；矩形波脈寬5ms~10ms，周期不小于20ms，當n = N時，毫米波福射計的輸出應處于飽 和狀態(tài)； 其中，κ為目標模擬器中的壓控衰減器的控制電壓和衰減量之間的映射關系；d為被 測輻射計天線的口徑； 第二步、控制電壓數(shù)據(jù)經(jīng)毫米波輻射計半實物測試系統(tǒng)仿真后，上位機接收到電壓數(shù) 據(jù)； 第三步、取出接收到的電壓數(shù)據(jù)的N個脈沖的最大點，去除飽和電壓點得到一組電壓 序列； 第四步、根據(jù)自相關法得到電壓序列的線性度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)及信號產(chǎn)生方法和線性度測試方法，系統(tǒng)包括無回波隔離箱、目標模擬器、毫米波輻射計、控制電路和上位機；信號產(chǎn)生方法通過產(chǎn)生一定的控制電壓來控制目標模擬器的壓控衰減器，目標模擬器能產(chǎn)生供毫米波輻射計進行整機動態(tài)測試和靜態(tài)性能參數(shù)測試的信號。本發(fā)明的毫米波輻射計半實物仿真系統(tǒng)為彈載毫米波交流輻射計的整機測試和信號仿真提供了良好的測試環(huán)境，也為末敏彈毫米波交流輻射計夾角測量提供了方法，具有成本低、體積小、使用方便、高性能、電磁屏蔽性能好、受外界影響小等優(yōu)點。
【IPC分類】G01S7-40
【公開號】CN104635218
【申請?zhí)枴緾N201510082469
【發(fā)明人】許建中, 丁勇, 肖澤龍, 彭樹生, 吳禮, 王元愷
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月15日