一种利用通用仪器测试脉冲多普勒引信启动特性的方法

摘要

本发明是一种利用通用仪器测试脉冲多普勒引信启动特性的方法，该方法直接利用受试引信的脉冲发射信号作为同步信号触发矢量信号源产生射频信号，无需其它仪器，工作频率可达毫米波，成本较低；操作简便、参数调整方便；通用性好，适用范围较广。尤其是，矢量信号源可以结合脉冲多普勒引信的同步信号进行延时的调整，适应脉冲多普勒引信的同步基准漂移。本发明可根据选定的弹道、速度等参数方便地调整数据，矢量信号源发射出与当前弹道参数一致的矢量回波数据，采集记录脉冲多普勒引信的启动参数。该方法能够实现零延迟，尤其能够适应脉冲多普勒引信的脉冲同步信号时钟，避免由于矢量信号源与受试引信时钟不同步造成的误差影响。

说明书

技术领域

本发明属于一种无线电引信启动性能测试方法，尤其涉及一种利用通用仪器测试脉冲多普勒引信启动特性的方法，是一种微波/毫米波脉冲多普勒引信启动性能静态模拟测试方法。

背景技术

无线电引信利用弹目交会过程中的回波所携带的信息来自主决策起爆时机，从而启动战斗部，达到对目标的有效毁伤。对地作用的脉冲多普勒引信在弹体交会过程中测量距离，在特定距离给出启动信号。

无线电引信的启动性能测试的主要方法有靶试和实验室模拟两类，靶场试验效果真实，但是耗时、耗力，而且由于无线电引信是一次性作用的系统，需要大量数据才能进行综合统计，费用较高；实验室静态模拟是采用装置模拟出动态交会的回波信号，测试无线电引信的启动参数，环境参数可控，重复性好，效率较高。目前对脉冲多普勒体制引信的启动性能测试大多采用航模挂飞或专用系统模拟等方法，航模挂飞的方法不足：耗时费力，成本高，速度范围有限。

万夕干等在《制导与引信》2013年34卷第2期发表论文《无线电引信通用化半实物仿真系统研究》中指出“回波信号模拟系统将收到的回波数据模型分别存储在中频产生器自带的大容量固态存储器。中频产生器采用高速DAC实现宽带任意中频信号生成，为标准化模块可以根据回波通道数量增减。控制单元根据指令分别在引信同步基准触发下控制若干中频产生器输出回波，合成后形成复合回波，经上变频后形成射频回波，射频调制子系统可根据引信工作频段互换。实时控制系统包含仿真硬件控制平台和仿真系统控制软件。采用高性能工控机实现，仿真系统控制软件基于Labview开发，用于接收仿真计算机形成的回波模型数据、下载模型数据、管理回波信号模拟仿真系统运行、监测引信试验数据并与引战半实物仿真子系统连接实现对引信性能的评估，硬件控制平台集成通讯接口卡、数据采集卡和大容量存储卡。”其不足之处：(1)硬件系统相对复杂，拓展性不佳；(2)控制软件需要进行复杂的信号生成和时序控制。

顾振杰在《火控雷达技术》2009年第38卷第2期发表论文《导弹制导仿真试验系统目标模拟技术研究》中指出“目标回波的距离信息主要体现在随着距离的增加而增加的时间延迟，模拟目标回波延时的方法主要有射频延迟和视频延迟，由于视频延迟需要提取雷达发射脉冲信号，技术难度大，相参性难以保证，不能满足现代雷达目标模拟的要求。目前比较成熟的射频延时技术主要有光纤延时、数字射频存储器延时和声表面波延迟等，以前常用的声表面波延迟，其信号质量差，带宽较窄。光纤延迟的方法相干性好，实现方法简单，信号质量较好，但体积大、价格高，并且由于它是多级级联，多次衰减放大后噪声基底很高，很容易产生不需要的假目标信号”；“随着数字采样及存储技术的发展，DRFM已成为当前目标模拟的重要手段，受当前器件水平的限制，DRFM只能工作在中频，因此对于高频信号，首先要对其进行多次下变频，变换到中频信号再进行处理，处理完成后通过上变频再对信号进行复原”。不足之处：(1)多次的上、下变频使得系统相对复杂，而且需要根据工作频点地改变调整更换混频器；(2)系统自身延迟需要进行精确校验；(3)容易引入噪声。

建立专用系统模拟方法的不足：拓展性不佳，交会速度等参数更改较麻烦，参数精度较差。在利用射频仿真方法进行脉冲多普勒体制引信的回波模拟中，由于受试引信与仪器设备间的时间不同步以及引信时钟的温度漂移导致在模拟弹目交会过程中的延时误差较大，模拟的速度精度较差。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种利用通用仪器测试脉冲多普勒引信启动特性的方法，其特征在于：将受试引信的中频输出与示波器连接，脉冲调制同步信号与矢量信号源的外触发端口连接；矢量信号源的校准信号输出与示波器连接；示波器与计算机、矢量信号源与计算机采用总线连接；测试步骤如下：

步骤1、受试引信脉冲调制同步信号与矢量信号源的外触发端口连接；

步骤2、按照预定的交会速度和距离精度计算交会台阶；

n＝(H₀-H₁)/r，式中：n为整个交会过程的台阶数，H₀为交会过程中的初始距离，H₁为交会过程中沿引信运动方向的终止距离，r为交会台阶的步长；

计算延时步长：式中：c为光速，＝3*108m/s，θ为探测天线波束与引信运动方向夹角；

计算交会台阶的重复脉冲数：m＝r/v*PRF，式中：v为交会速度，PRF为脉冲重复频率；

步骤3、计算机按照脉冲宽度、重复频率、采样率等参数产生脉冲多普勒基带波形；

计算每个脉冲周期的点数：p＝fs/PRF，式中：fs为矢量信号源的采样率；

计算脉冲波形的点数：q＝y*fs，式中：y为脉冲宽度；

计算脉冲信号的每个交会台阶的延时点数：x＝fs*τ；

得到：每个脉冲有p位，其中q位表示多普勒，其余为0；经过每个交会步长，多普勒脉冲的位置向前移动x位；

步骤4、分段信号组合成序列，下载到矢量信号源：

按照雷达方程计算回波脉冲序列的功率：

式中，P_r为接收功率，P_t为发射功率，G为天线增益，λ为波长，σ为目标的雷达散射截面，R为目标到探测器距离；

以交会步长逐段设置脉冲序列，顺序连接组合完成后，通过总控计算机下载到矢量信号源；

步骤5、设置矢量信号源任意波模式选择波形：设置矢量信号源的波形播放模式，波形选择用户自定义任意波，数据文件名为第3步下载的名称；

步骤6、设置矢量信号源触发方式为：Segment Advance Single，进行脉冲序列的单次触发，每次触发导致序列中的波形段播放一次，然后停止，等待触发，然后推进到下一段，直到播放结束；

步骤7、连接矢量信号源至示波器，利用示波器校准延时：按照计算整个交会过程中的初始延时和终止延时，其中τ₁为初始距离对应的延时，R₁为初始距离，τ_n为终止距离对应的延时，R_n为终止距离对应的延时，θ为探测天线波束与引信运动方向夹角；

调整矢量信号源的波形播放延时参数，使得示波器显示的初始延时、终止延时与计算相一致；

步骤8、连接矢量信号源输出至发射天线，连接引信启动信号到示波器；

步骤9、射频发射、示波器记录引信的启动情况：按照t＝t₀-t₁，H＝H₀-Vt计算受试引信启动时刻的位置，判定是否满足要求。t₀为交会过程初始时刻，t₁为受试引信启动时刻，H₀为初始距离，v为下交会速度度；

步骤10、结束或进行下一发引信的测试。

所述的矢量信号源，具有外部信号触发功能；矢量信号源频率调整范围应满足微波、毫米波脉冲多普勒引信对应的频率要求。

所述的矢量信号源的连接天线是标准增益喇叭天线，其3dB波束宽度及增益均已进行标定测量。

本发明提出的一种利用通用仪器测试脉冲多普勒引信启动特性的方法，直接利用受试引信的脉冲发射信号作为同步信号触发矢量信号源产生射频信号，无需其它仪器，工作频率可达毫米波，成本较低；操作简便、参数调整方便；通用性好，适用范围较广。尤其是，矢量信号源可以结合脉冲多普勒引信的同步信号进行延时的调整，适应脉冲多普勒引信的同步基准漂移。

本发明可根据选定的弹道、速度等参数方便地调整数据，矢量信号源发射出与当前弹道参数一致的矢量回波数据，采集记录脉冲多普勒引信的启动参数。该方法能够实现零延迟，尤其能够适应脉冲多普勒引信的脉冲同步信号时钟，避免由于矢量信号源与受试引信时钟不同步造成的误差影响。

本发明利用矢量信号源，方便地进行频段的调整，适于微波、毫米波脉冲多普勒引信的应用，而且可通过总控计算机实现软件控制的目的。同时，通过可通过叠加干扰信号的方法测试无线电引信的抗干扰性能，功能多样、调整方便。因此，本发明具有结构精良和使用方便的特点。

附图说明

图1：本发明的原理方框图

1总控计算机；2矢量信号源；3发射天线；4受试引信；5示波器；6启动指示灯；

图2：脉冲多普勒引信交会采样模拟台阶图：

图3：脉冲多普勒引信回波信号基带片段；

图4：基带信号延时图示意图；

图5：脉冲多普勒射频输出片断；

图6：起始距离对应的射频输出延时图；

图7：终止距离对应的射频输出延时图；

图8：脉冲多普勒引信启动信号图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明的解决方案参见图1：由总控计算机1和矢量信号源2、发射天线3、启动参数监测装置组成；所述的启动参数监测装置由启动指示灯6、示波器5组成。受试引信4的发射脉冲作为同步信号端口通过电缆连接矢量信号源2的外触发端口；矢量信号源2连接示波器5进行延迟时间校准；矢量信号源2连接发射天线3发射射频信号，受试引信4的启动输出连接启动指示灯6，同时连接示波器5；总控计算机1通过网线与矢量信号源2和示波器5进行指令通信和数据传输。

所述总控计算机，存储或者利用软件编制回波数据，并通过网线或GPIB传输线将信号以及指令下载至矢量信号源，同时可对示波器记录的受试引信的启动性能参数进行读取和分析。

所述的矢量信号源，具有外部信号触发功能，利用受试引信的脉冲发射信号作为同步信号触发矢量信号源的射频发射；矢量信号源可通过总控计算机将实测或仿真计算的波形下载作为基带信号，并按照总控计算机设定的模式进行播放；矢量信号源频率调整范围较宽，可满足微波、毫米波脉冲多普勒引信对应的频率要求。

所述的天线是标准增益喇叭天线，其3dB波束宽度及增益均已进行标定测量。

所述的整套装置可适应微波、毫米波脉冲多普勒引信的启动性能测试使用，只需按照频段更换相对应喇叭天线即可。

具体实施例：总控计算机1按照设定条件调入存储的回波数据或者仿真计算出回波数据，各脉冲按照预定的距离和速度进行延迟时间的变换、幅度的衰减，并将数据下载到矢量信号源2中；受试引信4的发射脉冲同步触发矢量信号源2，矢量信号源2通过示波器5进行延时的校准，调整系统延时，使信号播放与同步触发一致；矢量信号源2将下载的波形按照预定的频率、功率参数通过发射天线3发射到空中，受试引信4接收“模拟射频回波”与自身发射信号进行相关处理后，在适当时机给出启动信号，启动信号通过电缆连接至示波器5，进行监测。总控计算机1还可以控制示波器5采集启动信号，以方便启动信息的定标和测量。受试引信4的启动情况可以由启动指示灯6进行指示，测试开始时灯不亮，灯亮表示启动。

本发明实施案例为测试S频段的脉冲多普勒引信的启动特性，模拟受试引信以1000米/秒的速度自40米(沿引信运动方向，引信天线到目标前端的距离)至-10米距离的交会过程中所接收到的射频信号，包括以下操作步骤：

第一步、连接装置，同步信号线连接；既可以辐射馈入信号，也可以通过注入进行半实物仿真；

利用脉冲多普勒引信的发射脉冲进行外触发，连接至矢量信号源的外触发端口。

采用Agilent E8267D矢量信号源，脉冲多普勒引信的时间同步脉冲连接至E8267D的PATTERN TRIG IN端口，用来触发E8267D发射回波信号。

第二步、按照预定的交会速度和距离精度计算交会速度台阶、交会台阶重复脉冲数、延时步长等参数；

按照回波模拟精度设置交会速度台阶r，n＝(H₀-H₁)/r，式中，n为整个交会过程的台阶数，H₀为交会过程的初始距离，H₁为交会过程的终止距离，r为交会台阶的步长。H₀＝40米，H₁＝-5米，r＝1.5米，得到n＝30.。

按照计算延时步长，τ为延时步长，r为交会台阶的步长，c为光速，＝3*108m/s，θ为探测天线波束与引信运动方向的夹角。r＝1.5米，θ＝0°，得到τ＝10ns。

按照m＝r/v*PRF计算交会台阶的重复脉冲数，m为交会台阶的重复脉冲数，r为交会台阶的步长，v为交会速度，PRF为脉冲重复频率。r＝1.5米，v＝1000米/秒，PRF＝100KHz，得到m＝150。

即，整个交会过程为30段，每段为150脉冲，经过150脉冲后，延时变化10ns。见图2，表示每个交会步长1.5米。

第三步、总控计算机按照脉冲宽度、重复频率、采样率等参数产生回波基带波形；

按照p＝fs/PRF计算每个脉冲周期的点数，p为每个脉冲周期的点数，fs为矢量信号源的采样率，PRF为脉冲重复频率。fs＝100MS/s，PRF＝100KHz，得到p＝1000。

按照q＝y*fs计算脉冲波形的点数，q为每个脉冲波形的点数，fs为矢量信号源的采样率，y为脉冲宽度。fs＝100MS/s，y＝500ns得到q＝50。

见图3所示为弹目交会数据的基带信号片段，采样率fs＝100MS/s。

按照x＝fs*τ计算脉冲信号的每个交会步长的延时点数，x为一个交会台阶r所对应的延时点数，fs为矢量信号源的采样率，τ为交会台阶对应的延时步长。fs＝100MS/s，τ＝10ns，得到x＝1。

于是每个脉冲有p位，其中q位表示回波，其余为0，每个交会步长，回波的位置向前移动x位。即每个脉冲有1000点，其中回波50点，其余为0，每个交会步长1.5米，回波的位置向前调整1位。

见图4所示为脉冲多普勒引信与目标的交会过程基带信号延时的示意图，图(a)为第1段，图(b)为第2段，图(c)为第3段，图(d)为第4段，每段交会步长1.5米，图中分别显示了每段的前几个脉冲，可以看出，随着弹目交会距离的变化脉冲延时的递减过程。

第四步、分段信号组合成序列，下载到矢量信号源；

按照雷达方程计算回波脉冲序列的功率。

式中，P_r为接收功率，P_t为发射功率，G为天线增益，λ为波长，σ为目标的雷达散射截面，R为目标到探测器距离。

按照交会步长逐段设置脉冲序列，顺序连接组合完成后，通过总控计算机下载到矢量信号源。见图5所示为脉冲多普勒射频输出片断。

第五步、设置矢量信号源任意波模式选择波形；

设置矢量信号源的波形播放模式，波形选择用户自定义任意波，数据文件名为第四步下载的名称。

第六步、设置矢量信号源触发方式；设置矢量信号源的触发方式为：SegmentAdvance Single，该触发方式可以进行脉冲序列的单次触发，每次触发导致序列中的波形段播放一次，然后停止，等待触发，然后推进到下一段，直到播放结束。

第七步、连接矢量信号源至示波器，利用示波器校准延时；

按照计算整个交会过程中的初始延时和终止延时，其中τ₁为初始距离对应的延时，R₁为初始距离，τ_n为终止距离对应的延时，R_n为终止距离对应的延时，θ为探测天线波束与垂直线夹角。R₁＝40米，R_n＝-5米，得到τ₁＝270ns，。

调整矢量信号源的波形播放延时参数，使得示波器显示的初始延时、终止延时与计算相一致，见图6所示为起始距离对应的射频输出延时图，图7为过程中对应的射频输出延试图。

第八步、连接矢量信号源输出至发射天线，连接引信启动信号到示波器；

第九步、射频发射、示波器记录引信的启动情况。

按照t＝t₀-t₁，H＝H₀-vt计算受试引信启动时刻的位置，判定是否满足要求。t₀为交会过程初始时刻，t₁为受试引信启动时刻，H₀为初始距离，v为下交会速度度。见图8所示为脉冲多普勒引信启动信号图。

第十步、结束或进行下一发引信的测试。