毫米波辐射计半实物仿真系统及信号产生方法和线性度测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于毫米波器件技术领域，特别是一种毫米波辐射计半实物仿真系统及信 号产生方法和线性度测试方法。
【背景技术】
[0002] 近十年来，随着国内毫米波器件技术的成熟，毫米波被动探测器（毫米波辐射计） 的研宄取得了突破性进展，其成本进一步降低，成为了灵巧弹药尤其是末敏弹首选的探测 器。
[0003] 末敏弹中毫米波被动探测器主要是毫米波交流辐射计，在装备之前需要进行测试 与标定，其试验包括野外动态测试和室内静态整机性能参数测试。静态整机性能测试包括 灵敏度、积分时间、动态范围测试、目标信号仿真与识别等。动态测试一般进行炮射试验和 高塔试验，炮射试验是含毫米波探测器的全备末敏弹对实际目标的探测试验，成本较高；高 塔试验通常将毫米波辐射计放在规定高度的高塔转台上模拟末敏弹对目标的扫描探测过 程，一般一次只能做一个高度的探测试验，而末敏弹实际探测是从高到低不同高度的对目 标的扫描探测过程，因此高塔试验并不能很好地模拟末敏弹的探测全过程。一种比较好的 方法是建立半实物仿真测试系统。
[0004] 目前在雷达探测、导航、红外探测和飞控等领域已有了不少半实物仿真测试系统。 《弹载毫米波辐射计信号半实物仿真》给出了一款毫米波辐射计的半实物仿真测试系统，工 作在远场条件下，以辐射计探测目标的天线温度变化量的控制信号表达式，从原理上解决 了实际距离上的探测与半实物仿真系统之间的等效关系，但没有给出半实物仿真系统以目 标信号的电压控制信号形式的具体实现方法，在直观上和实际应用上没有可操作性；《3mm 波段被动探测器的仿真测试系统研制》在半实物仿真系统控制器的硬件制作和软件设计方 面作了详细的论述，对目标信号模拟也作了详细的分析讨论，并采用了电调衰减器来进行 目标仿真信号的控制，解决了信号控制的硬件之间的接口与连接问题，但同样没给出目标 模拟时的电压控制信号表达式和测试时具体信号控制形式，电调衰减器上控制电压信号与 实际距离上探测试验信号的等效没有直接联系。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种毫米波辐射计半实物仿真系统及信号产生方法和线 性度测试方法。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种毫米波辐射计半实物仿真系统，包括目 标模拟器、无回波隔离箱、毫米波辐射计、控制电路和上位机；
[0007] 所述无回波隔离箱为长方体结构，其长度方向相对的两个面正中间分别开有第一 开口和第二开口；所述目标模拟器设置在第一开口中，目标模拟器外周与第一开口密封； 所述第二开口处安装有三框夹角调整架，三框夹角调整架外周与第二开口密封；所述毫米 波辐射计紧密设置在三框夹角调整架内，所述三框夹角调整架用于调整毫米波辐射计的俯 仰角和方位角；无回波隔离箱内侧铺满吸波材料；
[0008] 所述目标模拟器包括依次串联的噪声源、压控衰减器和发射天线，所述控制电路 包括微控制器、数字模拟转换器和模拟数字转换器；
[0009] 所述计算机与微控制器相连，微控制器的数字输出端口与数字模拟转换器的数字 输入端口相连，数字模拟转换器的数模转换输出端口与压控衰减器的控制电压端口相连， 压控衰减器控制噪声源产生电磁波，通过发射天线发射出去，被测毫米波辐射计与模拟数 字转换器的模拟输入端相连，模拟数字转换器的数字输出端口与微控制器数字输入端口相 连，微控制器与计算机相连，将电压信号发送给计算机。
[0010] 一种毫米波辐射计半实物仿真系统的信号产生控制方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤1、上位机仿真毫米波辐射计探测目标过程得到一组天线温度随时间的变化 数据Ta⑴；
[0012] 步骤2、通过微波矢量网络分析仪测试目标模拟器中的压控衰减器的控制电压和 衰减量之间的映射关系κ ;
[0013] 步骤3、若目标模拟器发射天线和被测辐射计的接收天线满足双天线系统的远场 条件即R>2 (D+d)2/λ，控制衰减器的控制电压V (t)为
[0014] V (t) = κ -1 [TA (t) (4 π R) V ((ENR+1) · T0LTSGtGr λ 2)]
[0015] 若目标模拟器和被测辐射计之间的距离满足近场条件，且不低于0. 14倍双天线 系统的远场条件距离时，即0. 28 (D+d)2/ λ <R〈2 (D+d)2/ λ，控制衰减器的控制电压V (t)为
【主权项】
1. 一种毫米波辐射计半实物仿真系统，其特征在于，包括目标模拟器、无回波隔离箱、 毫米波辐射计、控制电路和上位机； 所述无回波隔离箱为长方体结构，其长度方向相对的两个面正中间分别开有第一开口 和第二开口；所述目标模拟器设置在第一开口中，目标模拟器外周与第一开口密封；所述 第二开口处安装有三框夹角调整架，三框夹角调整架外周与第二开口密封；所述毫米波辐 射计紧密设置在三框夹角调整架内，所述三框夹角调整架用于调整毫米波辐射计的俯仰角 和方位角；无回波隔离箱内侧铺满吸波材料； 所述目标模拟器包括依次串联的噪声源、压控衰减器和发射天线，所述控制电路包括 微控制器、数字模拟转换器和模拟数字转换器； 所述计算机与微控制器相连，微控制器的数字输出端口与数字模拟转换器的数字输入 端口相连，数字模拟转换器的数模转换输出端口与压控衰减器的控制电压端口相连，压控 衰减器控制噪声源产生电磁波，通过发射天线发射出去，被测毫米波辐射计与模拟数字转 换器的模拟输入端相连，模拟数字转换器的数字输出端口与微控制器数字输入端口相连， 微控制器与计算机相连，将电压信号发送给计算机。
2. 根据权利要求1所述的毫米波辐射计半实物仿真系统，其特征在于，所述三框夹角 调整架包括外框架、中间框架和内框架；内框架中间为圆口，所述圆口用于安装毫米波辐射 计，圆口尺寸与毫米波辐射计的口径大小相同；所述外框架和中间框架之间设置俯仰转轴， 中间框架和内框架设置方位转轴，或者所述外框架和中间框架之间设置方位转轴，中间框 架和内框架设置俯仰转轴；通过俯仰转轴和方位转轴的转动改变毫米波辐射计的俯仰角和 方位角。
3. 根据权利要求2所述的毫米波辐射计半实物仿真系统，其特征在于，所述三框夹角 调整架俯仰角和方位角调整处均设置有涡轮蜗杆和游标卡尺，用于设定圆孔内毫米波交流 辐射计的俯仰角和方位角。
4. 根据权利要求2或3所述的毫米波辐射计半实物仿真系统，其特征在于，所述无回波 隔离箱的内侧铺满尖劈形吸波材料，拐角处采用平板吸波材料过渡。
5. 根据权利要求1所述的毫米波辐射计半实物仿真系统，其特征在于，所述微控制器 采用ARM C0RTEX-M3内核的STM32芯片，微控制器还连接有触摸屏，用于人机交互。
6. -种基于权利要求1所述的毫米波辐射计半实物仿真系统的信号产生控制方法，其 特征在于，包括以下步骤： 步骤1、上位机仿真毫米波辐射计探测目标过程得到一组天线温度随时间的变化数据 Ta⑴； 步骤2、通过微波矢量网络分析仪测试目标模拟器中的压控衰减器的控制电压和衰减 量之间的映射关系κ ; 步骤3、若目标模拟器发射天线和被测辐射计的接收天线满足双天线系统的远场条件 即R>2 (D+d)2/ λ，控制衰减器的控制电压V (t)为 V (t) = κ ―1 [TA (t) (4 π R)2/((ENR+1) · T0LreGtGr λ 2)] 若目标模拟器和被测辐射计之间的距离满足近场条件，且不低于〇. 14倍双天线系统 的远场条件距离时，即〇. 28 (D+d)2/ λ <R〈2 (D+d)2/ λ，控制衰减器的控制电压V (t)为
其中，Ttl为以单位开尔文表示的环境温度，ENR为噪声源的超噪比；K为控制电压和衰 减量的映射关系；Lts为目标模拟器的系统损耗；Ta为上位机仿真得到的天线温度；R为两个 天线之间的距离；G t为发射天线远场增益；G 接收天线远场增益；λ为系统工作的电磁 波波长；D和d分别是目标模拟器天线和被测辐射计天线的口径；k为波数； 步骤4、上位机将控制电压V (t)发送至微控制器，微控制器将接到的控制电压数据发 送给数字模拟转换器，数字模拟转换器输出模拟电压，控制压控衰减器的衰减量，压控衰减 器控制噪声源产生的毫米波噪声温度信号； 步骤5、毫米波噪声温度信号通过发射天线发射出去，模拟野外目标辐射信号； 步骤6、被测毫米波辐射计接收到毫米波噪声温度信号，被测毫米波辐射计输出的电压 信号经模拟数字转换器、微控制器发送给上位机，上位机显示接收到的电压信号波形。
7. -种基于权利要求1所述的毫米波辐射计半实物仿真系统的线性度测试方法，其特 征在于，包括以下步骤： 第一步、上位机发出控制电压数据，所述控制电压数据为N个脉冲波形；脉冲波形的低 电平为零，高电平满足V(n) = k<(k (〇)-n*d)，n= 1，2，·"，Ν，Ν为10~30之间的整 数；矩形波脉宽5ms~10ms，周期不小于20ms，当n = N时，毫米波福射计的输出应处于饱 和状态； 其中，κ为目标模拟器中的压控衰减器的控制电压和衰减量之间的映射关系；d为被 测辐射计天线的口径； 第二步、控制电压数据经毫米波辐射计半实物测试系统仿真后，上位机接收到电压数 据； 第三步、取出接收到的电压数据的N个脉冲的最大点，去除饱和电压点得到一组电压 序列； 第四步、根据自相关法得到电压序列的线性度。
【专利摘要】本发明公开了一种毫米波辐射计半实物仿真系统及信号产生方法和线性度测试方法，系统包括无回波隔离箱、目标模拟器、毫米波辐射计、控制电路和上位机；信号产生方法通过产生一定的控制电压来控制目标模拟器的压控衰减器，目标模拟器能产生供毫米波辐射计进行整机动态测试和静态性能参数测试的信号。本发明的毫米波辐射计半实物仿真系统为弹载毫米波交流辐射计的整机测试和信号仿真提供了良好的测试环境，也为末敏弹毫米波交流辐射计夹角测量提供了方法，具有成本低、体积小、使用方便、高性能、电磁屏蔽性能好、受外界影响小等优点。
【IPC分类】G01S7-40
【公开号】CN104635218
【申请号】CN201510082469
【发明人】许建中, 丁勇, 肖泽龙, 彭树生, 吴礼, 王元恺
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月15日