x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备
技术领域
1.本发明涉及一种天线自动跟踪技术，特别涉及一种x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备。
背景技术：2.单脉冲自动跟踪接收天线普遍用于跟踪中低轨卫星、飞机和导弹等快速运动目标，天线依靠接收目标自身辐射信标或者携带信息的信号实现跟踪。天线接收到信标或信号，在馈源内形成和差信号，经放大后馈送至单脉冲跟踪接收机，为伺服系统指示方位和俯仰的偏差角，实现天线的自动跟踪。
3.由于缺少能够模拟单脉冲跟踪天线动态接收信号的信号源，一般难以在实验室开展单脉冲跟踪接收机调试检验工作，通常需要在天线完成安装后，方可进行现场调试和功能性能检验，因此，制约了单脉冲跟踪接收机研发效率。
技术实现要素：4.针对天线跟踪接收测试存在的问题，提出了一种x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，模拟单脉冲跟踪接收天线在多种典型工作场景下的信号输出，为单脉冲跟踪接收机提供测试信号源，用以检验接收机的功能和性能指标。
5.本发明的技术方案为：一种x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，包括信号发生单元、可调衰减器a、5个功分器、可调衰减器b、可调移相器a、供电的电源模块、数控单元、可调衰减器c和可调移相器b，
6.所述数控单元：用于人机交互、参数设置、状态显示和设备内部控制；
7.所述信号发生单元：接收数控单元射频信号参数，模拟x频段内任意频点射频信号输出；
8.所述可调衰减器a：接收信号发生单元输出射频信号，在数控单元控制下，模拟天线单脉冲跟踪过程中接收目标信号功率的变化；
9.所述第一、二功分器：可调衰减器a输出跟踪天线工作频段信号，经过第一功分器分成两路，一路和通道信号直接作为σ和通道信号输出，另外一路差通道信号进一步通过第二功分器分路为δaz方位差和δel俯仰差两个通道信号分别进行幅度、相位调整处理；
10.所述可调衰减器b：模拟接收δaz方位差通道信号，在数控单元控制下，模拟δaz方位差通道信号的幅度；
11.所述可调衰减器c：模拟接收δel俯仰差通道信号，在数控单元控制下，模拟δel俯仰差通道信号的幅度；
12.所述可调移相器a：模拟接收δaz方位差通道信号，在数控单元控制下，模拟δaz方位差通道信号的相位；
13.所述可调移相器b：模拟接收δel俯仰差通道信号，在数控单元控制下，模拟δel俯仰差通道信号的相位；
14.所述第三功分器：分别接收幅度、相位调整后的δaz方位差信号输出；
15.所述第四功分器：输入所述三、五功分器输出信号，输出δ差路信号；
16.所述第五功分器：分别接收幅度、相位调整后的δel俯仰差信号输出。
17.优选的，所述信号发生单元接收天线口径、工作频率、带宽以及馈源输出方式，输出7ghz～9ghz频段内任意频点射频信号，模拟目标辐射源信号。
18.优选的，所述数控单元接收用户设置天线指向位置、和差通道初始相位差，最多3个天线指向位置及驻留时间，进行和差通道信号幅度和相位关系模拟计算，形成和差通道之间信号幅度和相位的联动关系。
19.优选的，所述数控单元接收天线指向位置偏离天线零点角度θ，可调衰减器a的取值为f
∑
(θ)，即和通道幅度衰减量曲线模拟为：
[0020][0021]
式中，偏离角θ单位为mil，1mil＝0.05625
°
；m为拟合系数，随天线口径d不同，m的取值公式如下：
[0022]
m(d)＝8290.4d
2-8284.3d+13154。
[0023]
优选的，所述可调衰减器b和可调衰减器c分别模拟δaz方位差和δel俯仰差通道信号的幅度，其取值分别为α
az
和α
el
：
[0024][0025][0026]
式中，p为由用户输入的零深，单位db，模拟馈源性能；θ
az
和θ
el
分别为用户输入的方位和俯仰偏差角度，单位mil；θ
az
和θ
el
为有符号数值，目标位于天线右侧，θ
az
为正数；目标位于天线左侧，θ
az
为负数；目标位于天线指向上方，θ
el
为正数；目标位于天线指向下方，θ
el
为负数；天线指向为差波束零点，θ
az
和θ
el
取值0；f为工作频率，单位ghz；f
∑
(θ
az
)和f
∑
(θ
el
)分别为θ
az
和θ
el
代入f
∑
(θ)公式的计算结果，单位db。
[0027]
优选的，所述可调移相器a和可调移相器b取值分别为phs
az
和phs
el
，单位
°
：
[0028]
phs
az
(θ
az
)＝(2-sgn(θ
az
+phs0
az
))
·
90
°
+phs0
az
[0029]
phs
el
(θ
el
)＝(2-sgn(θ
el
+phs0
el
))
·
90
°
+phs0
el
[0030]
式中，phs0
az
和phs0
el
分别为表征方位和俯仰和差通道交叉耦合的初始相位差，单位
°
；θ
az
和θ
el
分别为用户输入的方位和俯仰偏差角度，单位mil；
[0031]
f(x)＝sgn(x)为符号函数，当x分别为(负数，零，正数)时，输出(-1，0，+1)。
[0032]
优选的，所述数控单元设置静态、动态两种模式，静态模式：模拟源仅工作在一个点位，即持续输出指向位置的和路差路信号，直至用户改变设置；动态模式：模拟源提供3个点位，根据用户点位坐标和每个点位驻留时长的设置，在3个点位之间顺序自动切换，不断循环。
[0033]
本发明的有益效果在于：本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，为单脉冲跟踪接收机研制厂家提供单脉冲天线模拟信号源，模拟各类场景下天线接收到的和差通道信号及变化，提供给各类单脉冲跟踪接收机进行实验室调试、测试和检验；本发明设备模拟
的x频段单脉冲跟踪天线，无发射功能、仅具备接收能力，天线输出x频段和差通道射频信号；能够模拟x频段单脉冲跟踪天线的各种工作场景；本发明设备能够满足单脉冲单通道、双通道或三通道跟踪接收机调试测试需求。
附图说明
[0034]
图1为本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备原理框图；
[0035]
图2为本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备前面板结构示意图；
[0036]
图3为本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备后面板结构示意图；
[0037]
图4为和差通道信号幅度相对关系示意图；
[0038]
图5为和差通道信号相位关系示意图；
[0039]
图6为差通道信号关系图；
[0040]
图7为本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备工作流程图。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0042]
针对各型单脉冲跟踪天线特征，以及各类单脉冲跟踪接收机调试所需信号源，本发明提供了一种无真实x频段单脉冲跟踪天线情况下，能够作为x频段单脉冲跟踪接收机调试测试的模拟信号源。如图1所示x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备原理框图，包括信号发生单元1、可调衰减器a 2、功分器3、可调衰减器b 4、可调移相器a 5、电源模块6、数控单元7、可调衰减器c 8、可调移相器b 9。图1中有多个功分器特性相同，可以互换。
[0043]
图1结合图2、3所示x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备前、后面板结构示意图，包括设备前面板10，oled显示屏11，状态指示led12，内容选择输入按键13，输入确认及取消按键14，船型电源开关15，设备后面板16，σ和路(和通道)信号输出插座17，遥控插座18(utp网络接口)，δ差路(差通道)信号输出19(n-50kf插座)，δaz方位差路(方位差通道)信号输出20(n-50kf插座)，δel俯仰差路(俯仰差通道)信号输出插座21(n-50kf插座)，ac 220v交流电源插座22，对各个单元进行阐述：
[0044]
(1)信号发生单元1：用于为模拟源提供7ghz～9ghz频段内任意频点射频信号，信号调制方式包括单载波、调幅、调频和调相。
[0045]
信号发生单元1模拟天线接收到的目标信号，根据设置的参数产生x频段射频信号，用户可设定输出功率，也可默认根据模拟的天线口径输出功率p1，公式为：p1＝-60dbm+20logd，式中，输出功率p1单位为dbm；d为天线口径，单位米。
[0046]
在设备前面板输入射频信号频率、带宽和调制方式，模拟单脉冲跟踪天线接收的目标辐射源信号。
[0047]
(2)数控单元7：用于人机交互、参数设置、状态显示和设备内部控制，用户可设定各类工作场景，模拟单脉冲跟踪接收天线各种工作状态。可由用户在模拟源前面板手动设置，前面板oled(organic light-emitting diode)有机发光二极管显示屏输出状态；也可由后面板网络数控接口输入输出。可基于数控网络远控接口，遥控设置模拟源参数，二次开
发各种离散、间歇或者连续的单脉冲跟踪场景。
[0048]
数控单元7接受用户的设置，包括天线口径、工作频率、带宽、调制方式(模拟信号固有的特征)、功率(设置功率输出)、天线指向位置(方位和俯仰偏离角度)、和差通道初始相位差，最多3个天线指向位置及驻留时间等。数控单元7同时显示设备的工作状态，显示内容包括信号发生单元1输出功率、工作状态是否正常，当前数控状态(本控/遥控)，当前天线指向位置和驻留时间等。
[0049]
所述数控单元包括和差通道信号幅度和相位关系模拟计算能力，形成和差通道之间信号幅度和相位的联动关系。
[0050]
(3)可调衰减器：在数控单元作用下，对x频段射频信号进行受控衰减，衰减幅度范围0db～60db，步进0.5db；可由2支6bit控制码数控衰减器串联实现。
[0051]
(4)功分器/合路器：无源部件，视输入输出连接关系，可实现x频段信号的一分二，或者二合一。
[0052]
可调衰减器a 2模拟天线单脉冲跟踪过程中接收目标信号功率的变化，如目标过顶时功率最强，起跟时功率最弱。信号发生单元1输出的射频信号，先后经过可调衰减器a2和功分器3-1之后，分为两路。一路和通道信号直接作为σ和通道信号输出，至模拟源设备后面板16的σ和路(和通道)信号输出插座17，插座采用n-50kf物理结构。另外一路差通道信号进一步通过功分器3-2分路为δaz方位差和δel俯仰差两个通道信号分别进行幅度、相位调整处理，最终分别经过功分器3-3、3-4、3-5输出方位差路、差路、俯仰差路。
[0053]
结合图4所示和差通道信号幅度相对关系示意图，σ和通道信号幅度为实线，δ差通道信号幅度为虚线，θ1为天线主波束零深对应角度，单脉冲跟踪天线为典型的抛物面天线，和信号接收通道主波束方向图可用抛物函数模拟。不同口径天线主波束方向图的抛物线顶点为理论增益，波束宽度与抛物线系数相关。
[0054]
以偏离天线零点角度θ为横轴，可调衰减器a2的取值，即和通道幅度衰减量曲线可模拟为：
[0055][0056]
式中，偏离角θ单位为mil，1mil＝0.05625
°
；m为拟合系数，随天线口径d不同，m的取值公式如下：
[0057]
m(d)＝8290.4d
2-8284.3d+13154。
[0058]
(5)可调衰减器b4和可调衰减器c8分别模拟δaz方位差和δel俯仰差通道信号的幅度。其取值分别为α
az
和α
el
：
[0059][0060][0061]
式中，p为由用户输入的零深，单位db，模拟馈源性能；θ
az
和θ
el
分别为用户输入的方位和俯仰偏差角度，单位mil。θ
az
和θ
el
为有符号数值，目标位于天线右侧，θ
az
为正数；目标位于天线左侧，θ
az
为负数；目标位于天线指向上方，θ
el
为正数；目标位于天线指向下方，θ
el
为负数；天线指向为差波束零点，θ
az
和θ
el
取值0。d为天线口径，单位米；f为工作频率，单位ghz；f
∑
(θ
az
)和f
∑
(θ
el
)分别为θ
az
和θ
el
代入f
∑
(θ)公式的计算结果，单位db。
[0062]
(6)可调移相器：在数控单元作用下，对x频段射频信号进行受控移相，移相范围0
°
～500
°
，步进2
°
，8bit控制码。
[0063]
可调移相器a5和可调移相器b9分别模拟δaz方位差和δel俯仰差通道信号的相位。结合图5所示和差通道信号相位关系示意图(σ和通道信号幅相曲线为实线，δ差通道信号幅相曲线为虚线。其中，拟合的差通道信号幅相线性变化曲线为归一化定向灵敏度曲线)，可调移相器a 5和可调移相器b 9取值分别为phs
az
和phs
el
，单位
°
(degree)：
[0064]
phs
az
(θ
az
)＝(2-sgn(θ
az
+phs0
az
))
·
90
°
+phs0
az
[0065]
phs
el
(θ
el
)＝(2-sgn(θ
el
+phs0
el
))
·
90
°
+phs0
el
[0066]
式中，phs0
az
和phs0
el
分别为表征方位和俯仰和差通道交叉耦合的初始相位差，单位
°
；θ
az
和θ
el
分别为用户输入的方位和俯仰偏差角度，单位mil。
[0067]
f(x)＝sgn(x)为符号函数，当x分别为(负数，零，正数)时，输出(-1，0，+1)。
[0068]
(7)δaz方位差通道和δel俯仰差通道信号幅度和相位经过精密调整以后，结合图6所示差通道信号关系图(δaz方位差路(方位差通道)信号和δel俯仰差路(俯仰差通道)信号是正交关系，两者合成，形成δ差路(差通道)信号。该坐标原点表示差波束零点，方位轴正向代表天线负偏，反之为正偏；俯仰轴正向代表天线下偏，反之上偏)，若独立输出，可与σ和通道信号一道，输出给三通道单脉冲跟踪接收机调试。若δaz方位差通道和δel俯仰差通道信号合路为δ差路信号，则可输出给双通道或单通道单脉冲跟踪接收机调试。
[0069]
(8)电源模块6：交流转直流电源，为x频段信号发生单元、数控单元、可调衰减器和可调移相器提供工作所需直流电源。
[0070]
本发明提供的x频段单脉冲跟踪模拟信号源，有以下两种工作模式：
[0071]
(1)静态模式：模拟源仅工作在一个点位，即持续输出(θ
az
，θ
el
)指向位置的和路差路信号，直至用户改变设置。
[0072]
(2)动态模式：模拟源提供3个点位，根据用户点位坐标和每个点位驻留时长的设置，在3个点位之间顺序自动切换，不断循环。
[0073]
结合图7所示x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备工作流程图，本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源工作流程如下：
[0074]
(1)参数设置。按下设备前面板10的船型电源开关15开机，若状态指示led12和oled显示屏11显示正常，即可通过内容选择输入按键13和输入确认及取消按键14进行参数设置，也可通过遥控插座网络接口18进行远程设置。内容选择输入按键13选定的设置项目，以字符闪烁的方式进行提示，内容选择输入按键13移开光标即表示输入完成。全部参数设置完成，按输入确认及取消按键14加以确认，之后，模拟源设备按照设置参数运行内部程序，输出所需各路调试用信号。参数设置后模拟源设备自动记忆，关机不影响参数保存，重新开机后自动调取最近一次设置的参数。模拟源可以保存10组参数集。
[0075]
(2)执行操作。模拟源根据设置的参数集，按照σ和路通道幅度、δaz方位差通道幅度、δel俯仰差通道信号幅度、δaz方位差通道相位和δel俯仰差通道信号相位的顺序，依次完成各可调衰减器和可调移相器的调节，实现各通道模拟信号的输出。若仅设置1个指
向位置参数集，无论是否设置驻留时间，设备后面板16的σ和路(和通道)信号输出插座17输出σ和路信号，δaz方位差路(方位差通道)信号输出插座20输出δaz方位差信号，δel俯仰差路(俯仰差通道)信号输出插座21输出δel俯仰差信号，δ差路(差通道)信号输出插座19输出δ差路信号。若仅设置1个以上指向位置参数集，则在每个位置按照该位置参数输出驻留时间长度信号后，跳转至下一个指向位置，反复循环。
[0076]
(3)中断终止。若在对应的输出端口中断信号输出，可按下设备前面板10的船型电源开关15关闭电源；或者，将工作频率设置成其它频率；或者，将输出端口连接n型负载。
[0077]
本发明x频段单脉冲跟踪模拟信号源工作于以下场景：
[0078]
(1)x频段单通道单脉冲跟踪接收机调试和检验。将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的和信号输入端与本发明设备后面板16的σ和路(和通道)信号输出插座17相连接，将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的差信号输入端与本发明设备后面板16的δ差路(差通道)信号输出插座19相连接，根据需要设置好参数，即可开展相应的调试和检验工作。
[0079]
(2)x频段双通道单脉冲跟踪接收机调试和检验。将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的和信号输入端与本发明设备后面板16的σ和路(和通道)信号输出插座17相连接，将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的差信号输入端与本发明设备后面板16的δ差路(差通道)信号输出插座19相连接，根据需要设置好参数，即可开展相应的调试和检验工作。
[0080]
(3)x频段三通道单脉冲跟踪接收机调试和检验。将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的和信号输入端与本发明设备后面板16的σ和路(和通道)信号输出插座17相连接，将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的方位差信号输入端与本发明设备后面板16的δaz方位差路(方位差通道)信号输出插座20相连接，将x频段单通道单脉冲跟踪接收机的俯仰差信号输入端与本发明设备后面板16的δel俯仰差路(俯仰差通道)信号输出插座21相连接，根据需要设置好参数，即可开展相应的调试和检验工作。
[0081]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，包括信号发生单元、可调衰减器a、5个功分器、可调衰减器b、可调移相器a、供电的电源模块、数控单元、可调衰减器c和可调移相器b，所述数控单元：用于人机交互、参数设置、状态显示和设备内部控制；所述信号发生单元：接收数控单元射频信号参数，模拟x频段内任意频点射频信号输出；所述可调衰减器a：接收信号发生单元输出射频信号，在数控单元控制下，模拟天线单脉冲跟踪过程中接收目标信号功率的变化；所述第一、二功分器：可调衰减器a输出跟踪天线工作频段信号，经过第一功分器分成两路，一路和通道信号直接作为σ和通道信号输出，另外一路差通道信号进一步通过第二功分器分路为δaz方位差和δel俯仰差两个通道信号分别进行幅度、相位调整处理；所述可调衰减器b：模拟接收δaz方位差通道信号，在数控单元控制下，模拟δaz方位差通道信号的幅度；所述可调衰减器c：模拟接收δel俯仰差通道信号，在数控单元控制下，模拟δel俯仰差通道信号的幅度；所述可调移相器a：模拟接收δaz方位差通道信号，在数控单元控制下，模拟δaz方位差通道信号的相位；所述可调移相器b：模拟接收δel俯仰差通道信号，在数控单元控制下，模拟δel俯仰差通道信号的相位；所述第三功分器：分别接收幅度、相位调整后的δaz方位差信号输出；所述第四功分器：输入所述三、五功分器输出信号，输出δ差路信号；所述第五功分器：分别接收幅度、相位调整后的δel俯仰差信号输出。2.根据权利要求1所述x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，所述信号发生单元接收天线口径、工作频率、带宽以及馈源输出方式，输出7ghz～9ghz频段内任意频点射频信号，模拟目标辐射源信号。3.根据权利要求1所述x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，所述数控单元接收用户设置天线指向位置、和差通道初始相位差，最多3个天线指向位置及驻留时间，进行和差通道信号幅度和相位关系模拟计算，形成和差通道之间信号幅度和相位的联动关系。4.根据权利要求3所述x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，所述数控单元接收天线指向位置偏离天线零点角度θ，可调衰减器a的取值为f
∑
(θ)，即和通道幅度衰减量曲线模拟为：式中，偏离角θ单位为mil，1mil＝0.05625
°
；m为拟合系数，随天线口径d不同，m的取值公式如下：m(d)＝8290.4d
2-8284.3d+13154。5.根据权利要求4所述x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，所述可调
衰减器b和可调衰减器c分别模拟δaz方位差和δel俯仰差通道信号的幅度，其取值分别为α
az
和α
el
：：式中，p为由用户输入的零深，单位db，模拟馈源性能；θ
az
和θ
el
分别为用户输入的方位和俯仰偏差角度，单位mil；θ
az
和θ
el
为有符号数值，目标位于天线右侧，θ
az
为正数；目标位于天线左侧，θ
az
为负数；目标位于天线指向上方，θ
el
为正数；目标位于天线指向下方，θ
el
为负数；天线指向为差波束零点，θ
az
和θ
el
取值0；f为工作频率，单位ghz；f
∑
(θ
az
)和f
∑
(θ
el
)分别为θ
az
和θ
el
代入f
∑
(θ)公式的计算结果，单位db。6.根据权利要求4所述x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，所述可调移相器a和可调移相器b取值分别为phs
az
和phs
el
，单位
°
：phs
az
(θ
az
)＝(2-sgn(θ
az
+phs0
az
))
·
90
°
+phs0
az
phs
el
(θ
el
)＝(2-sgn(θ
el
+phs0
el
))
·
90
°
+phs0
el
式中，phs0
az
和phs0
el
分别为表征方位和俯仰和差通道交叉耦合的初始相位差，单位
°
；θ
az
和θ
el
分别为用户输入的方位和俯仰偏差角度，单位mil；f(x)＝sgn(x)为符号函数，当x分别为(负数，零，正数)时，输出(-1，0，+1)。7.根据权利要求3至6中任意一项所述x频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，其特征在于，所述数控单元设置静态、动态两种模式，静态模式：模拟源仅工作在一个点位，即持续输出指向位置的和路差路信号，直至用户改变设置；动态模式：模拟源提供3个点位，根据用户点位坐标和每个点位驻留时长的设置，在3个点位之间顺序自动切换，不断循环。
技术总结本发明涉及一种X频段单脉冲跟踪模拟信号源输出设备，设定各类工作场景，模拟单脉冲跟踪接收天线各种工作状态，为单脉冲跟踪接收机研制厂家提供单脉冲天线模拟信号源，模拟各类场景下天线接收到的和差通道信号及变化，提供给各类单脉冲跟踪接收机进行实验室调试、测试和检验；本发明设备模拟的X频段单脉冲跟踪天线，无发射功能、仅具备接收能力，天线输出X频段和差通道射频信号；能够模拟X频段单脉冲跟踪天线的各种工作场景；本发明设备能够满足单脉冲单通道、双通道或三通道跟踪接收机调试测试需求。试需求。试需求。
技术研发人员：吕渊 高军
受保护的技术使用者：上海盛磊信息科技有限公司
技术研发日：2022.06.09
技术公布日：2022/11/1
