相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法及系统

摘要

本发明公开了一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法及系统，每个输入信号通过天线耦合通道同时馈给所有接收机链路，即同时馈给多路天线通道，则对应有多路中频信号和多路数字信号，多路数字信号经过处理后最后得到一个输出信号，输出信号与信号源产生的射频信号一一对应，再通过输入输出特性求得相控阵雷达的总体动态范围和灵敏度；由于每个输出信号均是由所有通道的数字信号形成，因此，根据输入输出特性得到的动态范围和灵敏度能够反映相控阵雷达的整体性能；该测试方法不管天线通道数量是多少，每路输入信号均对应一路输出信号，测试简单，测试效率高。

说明书

技术领域

本发明属于雷达测试技术领域，尤其涉及一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法及系统。

背景技术

动态范围和灵敏度是反应雷达接收机性能的两个重要指标。在天气雷达领域，测试动态范围和灵敏度的方法主要是：通过信号源给接收机射频前端注入信号，从接收机中频输出端进行测试，随着信号源输出信号的变化，接收机中频输出端的信号也会发生变化，最后通过计算接收机中频输出端的曲线，找到1dB压缩的上拐点和下拐点，得到动态范围，根据信噪比SNR的要求得到灵敏度，如图1所示。

随着雷达技术的发展，像脉冲压缩技术、相干积累技术等逐渐应用在了雷达的信号处理领域，信号处理也是雷达接收系统的一部分，采用上述测试动态范围和灵敏度的方法只能反映出雷达接收系统在射频域的性能，并不能反映雷达接收系统的整体性能。

并且，上述测试方法对于相控阵雷达来说，还有以下几个弊端：

（1）由于相控阵雷达通道数量众多，采用上述方法进行动态范围和灵敏度的测试，因为每个通道都需要用到一个信号源和频谱仪单独测试，所以测试过程非常繁琐；

（2）相控阵雷达各个通道的接收性能并不能反映相控阵雷达的整体性能，因为相控阵雷达的波束形成等性能，需要所有通道一起测试才能得到体现，因此上述测试方法并不能反映相控阵雷达的整体性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法及系统，以解决现有测试方法不能反映相控阵雷达的整体性能，以及测试过程繁琐的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：利用信号源产生射频信号，并调整所述射频信号的功率形成不同功率下的射频信号；或者利用信号源产生不同功率下的射频信号；

每个功率下的射频信号作为一个输入信号；

步骤2：每个所述输入信号通过天线耦合通道同时馈给N路接收机链路；在接收机模拟域内，每个所述输入信号经N路TR组件、变频电路以及中频电路后变成N路中频信号；

步骤3：由接收机数字域的AD采集模块对N路所述中频信号进行模数转换，转换得到的N路数字信号经过处理后得到一个输出信号，所述输出信号与信号源产生的射频信号一一对应；

步骤4：根据所述射频信号和输出信号拟合出输入输出特性曲线；在所述输入输出特性曲线上，上拐点与下拐点所对应的输出信号强度之差即为所述相控阵雷达的动态范围，下拐点所对应的输出信号强度即为所述相控阵雷达的灵敏度。

本发明所述测试方法，每个输入信号通过天线耦合通道同时馈给所有接收机链路，即同时馈给多路天线通道，则对应有多路中频信号和多路数字信号，多路数字信号经过处理后最后得到一个输出信号，输出信号与输入的射频信号是一一对应的，再通过输入输出特性求得相控阵雷达的总体动态范围和灵敏度；由于每个输出信号均是由所有通道的数字信号形成，因此，根据输入输出特性得到的动态范围和灵敏度能够反映相控阵雷达的整体性能；该测试方法不管天线通道数量是多少，每个射频信号均对应一路输出信号，测试简单，测试效率高。

进一步地，所述步骤1中，信号源为雷达发射机，相对于普通信号源来说，雷达发射机所发射的信号为雷达正常工作信号，保证了整个测试过程尽可能与雷达实际工作过程吻合，保证了测试的真实性和准确性，更能反映雷达的真实性能；此外，为了使信号处于相控阵雷达工作的接收期内，保证接收机能正常进行采样，雷达发射机需要模拟一个距离进行延迟发射，雷达发射机进行信号延迟发射后（即在源端延迟或延时），无需后续每个通道重新延迟。

进一步地，所述步骤1中，通过增益/衰减可调电路来调整所述射频信号的功率而形成不同功率下的射频信号，增益/衰减可调电路的调整精度决定了动态范围和灵敏度测试的精度。

进一步地，所述增益/衰减可调电路是以型号为RFSA3714的数字衰减器为核心的电路。

进一步地，所述步骤3中，对N路数字信号进行的处理包括数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理。

进一步地，所述步骤4中，输入输出特性曲线包括线性区和压缩区，所述压缩区包括增量压缩区和减量压缩区；在所述线性区，当射频信号的变化量为1dB时，输出信号的同步变化量也为1dB；

当射频信号的增量为1dB，输出信号的增量小于1dB时，进入增量压缩区，在所述增量压缩区，射频信号的增量与对应输出信号的增量之差为1dB时，该对应输出信号强度为上拐点所对应的输出信号强度；

当射频信号的减量为1dB，输出信号的减量小于1dB时，进入减量压缩区，在所述减量压缩区，射频信号的减量为1dB时所对应的输出信号强度为下拐点所对应的输出信号强度。

本发明还提供一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试系统，包括：

雷达发射机，用于产生一个射频信号或者产生不同功率下的射频信号；每个功率下的射频信号作为一个输入信号；

增益/衰减可调电路，用于调整一个所述射频信号的功率形成不同功率下的射频信号，每个功率下的射频信号作为一个输入信号；

天线耦合通道，用于将每个所述输入信号同时馈给N路天线通道；

N路天线通道，用于将每路天线通道的输入信号传输给对应的TR组件；

N路TR组件，用于对所述输入信号进行放大、移相处理后传输给变频电路；

N路变频电路，用于对放大移相处理后的信号进行变频处理后传输给中频电路；

N路中频电路，用于对变频处理后的信号进行处理后形成N路中频信号；

AD采样模块，用于采集N路所述中频信号，并对N路中频信号进行模数转换后得到N路数字信号；

信号处理模块，用于对N路所述数字信号进行数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理后得到一个输出信号；

上位机，用于根据所述射频信号和输出信号拟合出输入输出特性曲线，并根据所述输入输出特性曲线计算相控阵雷达的动态范围和灵敏度；在输入输出特性曲线上，上拐点与下拐点所对应的输出信号强度之差即为所述动态范围，下拐点所对应的输出信号强度即为所述灵敏度。

与现有技术相比，本发明所提供的一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法及系统，经过增益/衰减可调电路调节后的输入信号能够保证测试信号覆盖整个接收机的动态范围，测试过程更加便捷；射频信号对应的输出信号是经过处理后传输给上位机的，与相控阵雷达正常工作时一致，不同于利用频谱仪来显示信号，本发明更能反映相控阵雷达的真实性能；输入信号经过整个雷达接收机（包括模拟域和数字域），测试过程更完整，测试结果更为准确，更能反映雷达的真实性能；输入信号同时馈给相控阵雷达的所有通道，对所有通道进行了测试，反映了相控阵雷达整个接收机的性能，且测试过程简单便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明背景技术中传统动态范围和灵敏度测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试系统的结构框图；

图3是本发明实施例中增益/衰减可调电路原理图；

图4是本发明实施例中输入输出特性曲线。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本实施例所提供的一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试方法，包括以下步骤：

1、输入信号的产生

利用信号源产生射频信号（该射频信号与输出信号一一对应），并利用增益/衰减可调电路来调整该射频信号的功率形成不同功率下的射频信号；或者利用信号源直接产生不同功率下的射频信号。每个功率下的射频信号作为一个输入信号通过天线耦合通道馈给对应的天线通道，再通过天线通道传输到TR组件。

本实施例中，信号源为雷达发射机，雷达发射机所发射的信号为雷达正常工作信号，测试时相控阵雷达的状态跟正常工作时的状态一致，保证了整个测试过程尽可能与雷达实际工作过程吻合，保证了测试的真实性和准确性，更能反映雷达的真实性能；此外，为了使信号处于相控阵雷达工作的接收期内，保证接收机能正常进行采样，雷达发射机需要模拟一个距离进行延迟发射，雷达发射机进行信号延迟发射后（即在源端延迟或延时），无需后续每个通道重新延迟。

雷达发射机发射的射频信号经雷达内部的增益/衰减可调电路进行功率调整，形成不同功率下的射频信号，提供了足够宽动态范围的信号给接收机，保证了测试信号（即输入信号）能够覆盖整个接收机的动态范围，测试过程更为便捷。

如图3所示，增益/衰减可调电路是以型号为RFSA3714的数字衰减器为核心的电路，本实施例测试方法的精度取决于增益/衰减可调电路的控制精度，以型号为RFSA3714的数字衰减器为核心的电路作为增益/衰减可调电路，使测试方法的精度为0.25dB。

2、每个输入信号通过天线耦合通道同时馈给N路接收机链路；在接收机模拟域内，每个输入信号经N路TR组件、变频电路以及中频电路后变成N路中频信号。

如图2所示，不同功率下的输入信号作为测试信号通过天线耦合通道馈给不同的天线通道，每个输入信号再经过对应的TR组件、变频电路以及中频电路后变成中频信号，N路接收机链路对应得到N路中频信号。每路接收机链路依次包括天线通道、TR组件、变频电路以及中频电路。

天线耦合通道能够确保将每个输入信号分别馈给所有天线通道，并且天线耦合通道的幅度一致性减少了对动态范围测试产生的影响，提高了测试精度。

3、由接收机数字域的AD采集模块对N路中频信号进行模数转换，转换得到的N路数字信号经过处理后得到一个输出信号，输出信号与信号源产生的射频信号一一对应。

对N路数字信号进行的处理包括数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理，通过这些处理将N路数字信号汇集成一路输出信号，达到测试相控阵雷达总体灵敏度的目的。

数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理为现有技术，可参考《相控阵雷达技术》，张光义等著，以及《气象雷达原理》，焦中生等著。

4、根据射频信号和输出信号拟合出输入输出特性曲线；在输入输出特性曲线上，上拐点与下拐点所对应的输出信号强度之差即为相控阵雷达的动态范围，下拐点所对应的输出信号强度即为相控阵雷达的灵敏度。

如图4所示输入输出特性曲线，横坐标表示输出信号，纵坐标表示射频信号，单位为dB的相对值。输入输出特性曲线包括线性区和压缩区，压缩区包括增量压缩区和减量压缩区；在线性区，当射频信号的变化量为1dB时，输出信号的同步变化量也为1dB；

当射频信号的增量为1dB，输出信号的增量小于1dB时，进入增量压缩区，在增量压缩区，射频信号的增量与对应输出信号的增量之差为1dB时，该对应输出信号强度为上拐点所对应的输出信号强度；

当射频信号的减量为1dB，输出信号的减量小于1dB时，进入减量压缩区，在减量压缩区，射频信号的减量为1dB时所对应的输出信号强度为下拐点所对应的输出信号强度。

如图2所示，本实施例还提供一种相控阵雷达全链路动态范围和灵敏度的测试系统，包括：

雷达发射机，用于产生一个射频信号或者产生不同功率下的射频信号；每个功率下的射频信号作为一个输入信号。

本实施例中，信号源为雷达发射机，雷达发射机所发射的信号为雷达正常工作信号，测试时相控阵雷达的状态跟正常工作时的状态一致，保证了整个测试过程尽可能与雷达实际工作过程吻合，保证了测试的真实性和准确性，更能反映雷达的真实性能；此外，为了使信号处于相控阵雷达工作的接收期内，保证接收机能正常进行采样，雷达发射机需要模拟一个距离进行延迟发射，雷达发射机进行信号延迟发射后（即在源端延迟或延时），无需后续每个通道重新延迟。

雷达发射机发射的射频信号经雷达内部的增益/衰减可调电路进行功率调整，形成不同功率下的射频信号，提供了足够宽动态范围的信号给接收机，保证了测试信号（即输入信号）能够覆盖整个接收机的动态范围，测试过程更为便捷。

增益/衰减可调电路，用于调整一个所述射频信号的功率形成不同功率下的射频信号，每个功率下的射频信号作为一个输入信号。

如图3所示，增益/衰减可调电路是以型号为RFSA3714的数字衰减器为核心的电路，本实施例测试系统的精度取决于增益/衰减可调电路的控制精度，以型号为RFSA3714的数字衰减器为核心的电路作为增益/衰减可调电路，使测试方法的精度为0.25dB。

天线耦合通道，用于将每个所述输入信号同时馈给N路天线通道。

天线耦合通道能够确保将每个输入信号分别馈给所有天线通道，并且天线耦合通道的幅度一致性减少了对动态范围测试产生的影响，提高了测试精度。

N路天线通道，用于将每路天线通道的输入信号传输给对应的TR组件。

N路TR组件，用于对所述输入信号进行放大、移相处理后传输给变频电路。

N路变频电路，用于对放大移相处理后的信号进行变频处理后传输给中频电路。

N路中频电路，用于对变频处理后的信号进行处理后形成N路中频信号。

AD采样模块，用于采集N路所述中频信号，并对N路中频信号进行模数转换后得到N路数字信号。

信号处理模块，用于对N路所述数字信号进行数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理后得到一个输出信号。

对N路数字信号进行的处理包括数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理，通过这些处理将N路数字信号汇集成一路输出信号，达到测试相控阵雷达总体灵敏度的目的。

数字波束形成处理、脉冲压缩处理以及强度估计处理为现有技术，可参考《相控阵雷达技术》，张光义等著，以及《气象雷达原理》，焦中生等著。

上位机，用于根据所述射频信号和输出信号拟合出输入输出特性曲线，并根据所述输入输出特性曲线计算相控阵雷达的动态范围和灵敏度；在输入输出特性曲线上，上拐点与下拐点所对应的输出信号强度之差即为所述动态范围，下拐点所对应的输出信号强度即为所述灵敏度。

如图4所示输入输出特性曲线，横坐标表示输出信号，纵坐标表示射频信号，单位为dB的相对值。输入输出特性曲线包括线性区和压缩区，压缩区包括增量压缩区和减量压缩区；在线性区，当射频信号的变化量为1dB时，输出信号的同步变化量也为1dB；

当射频信号的增量为1dB，输出信号的增量小于1dB时，进入增量压缩区，在增量压缩区，射频信号的增量与对应输出信号的增量之差为1dB时，该对应输出信号强度为上拐点所对应的输出信号强度；

当射频信号的减量为1dB，输出信号的减量小于1dB时，进入减量压缩区，在减量压缩区，射频信号的减量为1dB时所对应的输出信号强度为下拐点所对应的输出信号强度。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。