一種微波應(yīng)答機(jī)模擬器的實(shí)現(xiàn)方法研究

宋曉光,蔡 彪,蔣清富

(1.北京控制工程研究所,北京100190；2.北京遙感設(shè)備研究所,北京100854)

一種微波應(yīng)答機(jī)模擬器的實(shí)現(xiàn)方法研究

宋曉光1,蔡 彪1,蔣清富2

(1.北京控制工程研究所,北京100190；2.北京遙感設(shè)備研究所,北京100854)

微波應(yīng)答機(jī)是目標(biāo)飛行器端配置的重要交會(huì)對(duì)接合作目標(biāo)，為確保其在軌功能和性能穩(wěn)定，地面測(cè)試中需配置專用的模擬器對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，介紹了一種應(yīng)答機(jī)模擬器的實(shí)現(xiàn)方法，分析了模擬器的功能、性能要求；基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，給出了模擬器硬件、軟件實(shí)現(xiàn)方案.最后對(duì)按照該方案設(shè)計(jì)的模擬器工作過程及測(cè)試情況進(jìn)行了介紹.

微波應(yīng)答機(jī)；模擬器；模塊化設(shè)計(jì)

微波應(yīng)答機(jī)是目標(biāo)飛行器配置的重要交會(huì)對(duì)接合作目標(biāo).在交會(huì)對(duì)接的遠(yuǎn)距離導(dǎo)引過程中,應(yīng)答機(jī)接收、鎖定飛船端微波雷達(dá)的信號(hào),并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行相干轉(zhuǎn)發(fā),配合微波雷達(dá)完成兩飛行器相對(duì)距離和角度的測(cè)量.微波應(yīng)答機(jī)在軌功能和性能的穩(wěn)定對(duì)完成交會(huì)對(duì)接遠(yuǎn)程導(dǎo)引段的相對(duì)測(cè)量至關(guān)重要.

此次國(guó)內(nèi)載人航天器首次使用的微波雷達(dá)和應(yīng)答機(jī)為全新自主設(shè)計(jì),其地面測(cè)試方法和設(shè)備無同類產(chǎn)品可借鑒.應(yīng)答機(jī)模擬器是針對(duì)微波應(yīng)答機(jī)地面測(cè)試需求設(shè)計(jì)的地面模擬器,用于測(cè)試微波應(yīng)答機(jī)的性能.從測(cè)試的實(shí)用性和有效性考慮,應(yīng)答機(jī)模擬器首先要能模擬微波雷達(dá)的主發(fā)射器和主接收端,向應(yīng)答機(jī)發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的微波信號(hào)并接收、處理應(yīng)答機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的微波信號(hào),解算出相對(duì)距離和速度信息,并對(duì)應(yīng)答機(jī)性能做出評(píng)價(jià)；其次要保證一定的可靠性和對(duì)測(cè)試環(huán)境的適應(yīng)性,要求簡(jiǎn)單易用,便于維護(hù)和轉(zhuǎn)運(yùn).

基于上述需求分析,本文介紹了一種應(yīng)答機(jī)模擬器的實(shí)現(xiàn)方案,該方案采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,在保證模擬器可靠性的同時(shí)降低了其軟硬件實(shí)現(xiàn)的難度.模塊化設(shè)計(jì)思想還兼顧了測(cè)試時(shí)設(shè)備展開和撤收的方便性,便于用戶使用和后期維護(hù).

1 模擬器總體設(shè)計(jì)方案

按照模塊化設(shè)計(jì)思想,應(yīng)答機(jī)模擬器由模擬器天線、模擬器主機(jī)、控制計(jì)算機(jī)三部分組成.模擬器天線用于匹配應(yīng)答機(jī)天線,完成電磁信號(hào)的發(fā)射與接收；控制計(jì)算機(jī)用于人機(jī)交互,完成模擬器參數(shù)的設(shè)置與測(cè)試結(jié)果的輸出；應(yīng)答機(jī)模擬器主機(jī)是模擬器的核心部分,它可以模擬雷達(dá)向應(yīng)答機(jī)輸出電磁信號(hào),并處理應(yīng)答機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的電磁信號(hào),解算出相應(yīng)的速度和距離.測(cè)試時(shí)模擬器與微波應(yīng)答機(jī)的連接關(guān)系如圖1所示.

圖1 應(yīng)答機(jī)模擬器測(cè)試連接示意圖Fig.1 Connection between simulator and equipment for testmode

模擬器天線是一個(gè)可通過標(biāo)準(zhǔn)連接件固連在應(yīng)答機(jī)天線上的機(jī)械腔體模塊,通過同軸電纜從模擬器主機(jī)接收發(fā)往應(yīng)答機(jī)的電磁信號(hào),并將應(yīng)答機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的電磁信號(hào)通過同軸電纜送入模擬器主機(jī).

模擬器主機(jī)通過串行接口與控制計(jì)算機(jī)連接,通過同軸電纜與模擬器天線連接,實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能:

1)模擬不同距離和速度的微波雷達(dá),向微波應(yīng)答機(jī)發(fā)送不同功率的微波信號(hào)；

2)捕獲和鎖定微波應(yīng)答機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的偽碼調(diào)相信號(hào)；并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,輸出測(cè)量信號(hào)的距離和速度信息.

3)接收測(cè)試計(jì)算機(jī)發(fā)送的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)；

4)根據(jù)設(shè)置參數(shù)中的距離值,運(yùn)用偽碼延時(shí)技術(shù)模擬距離變化功能；

5)運(yùn)用數(shù)字合成器原理,根據(jù)設(shè)置參數(shù)中的速度信息,生成多普勒頻率,模擬雷達(dá)和應(yīng)答機(jī)間的相對(duì)速度功能.

控制計(jì)算機(jī)是帶有串行通信接口的工控機(jī),用于提供人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)模擬參數(shù)的設(shè)置和測(cè)試結(jié)果的輸出.

2 模擬器硬件設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件基本架構(gòu)方案

模擬器的硬件設(shè)計(jì)主要指模擬器主機(jī)的硬件設(shè)計(jì),按照模塊化設(shè)計(jì)思想,模擬器主機(jī)包含四個(gè)模塊:模擬器頻綜、模擬器發(fā)射機(jī)、模擬器接收機(jī)、信號(hào)處理器.模塊間的相互關(guān)系如圖2所示.

圖2 模擬器主機(jī)硬件組成示意圖Fig.2 Hardware of simulator host

如圖2所示,為便于使用,模擬器使用測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)提供的27V直流電源,通過自身DC/DC變換模塊提供內(nèi)部使用的各種規(guī)格電壓源；通信測(cè)試接口包括標(biāo)準(zhǔn)串行接口、仿真接口、調(diào)試接口等.

模擬器頻綜模塊為模擬器主機(jī)的頻率源,用于提供模擬器晶振源參考信號(hào)；接收發(fā)射第一本振源信號(hào)；接收第二本振源信號(hào)；發(fā)射第二本振源信號(hào).

模擬器發(fā)射機(jī)的功能是對(duì)應(yīng)答機(jī)模擬器發(fā)射信號(hào)進(jìn)行上變頻、放大、濾波、偽碼調(diào)制和衰減控制.應(yīng)答機(jī)模擬器發(fā)射通道包括1個(gè)發(fā)射通道和衰減器.

應(yīng)答機(jī)模擬器接收機(jī)的功能是完成對(duì)接收信號(hào)的低噪聲放大、下變頻和AGC放大；它主要由固定衰減器、數(shù)控衰減器、接收濾波器和接收通道等組成.

應(yīng)答機(jī)模擬器信號(hào)處理器主要完成對(duì)信號(hào)的搜索和捕獲,偽碼延遲鎖定環(huán)路,載波鎖相環(huán)路,參數(shù)測(cè)量,系統(tǒng)控制,系統(tǒng)自檢,其主要功能如下:

1)完成對(duì)目標(biāo)的FFT快速搜索、捕獲；

2)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤；

3)用偽碼延遲鎖定環(huán)路鎖定偽碼測(cè)距；用載波鎖相環(huán)路鎖定載波測(cè)速；

4)完成對(duì)系統(tǒng)的控制；

5)完成對(duì)信息處理器的自檢；

6)完成對(duì)測(cè)距、測(cè)速的仿真.

應(yīng)答機(jī)模擬器信號(hào)處理器由中頻輸入信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換及放大濾波電路、FPGA信號(hào)處理電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、功能配置電路、時(shí)鐘整形驅(qū)動(dòng)電路、復(fù)位管理電路、對(duì)外接口電路及其電源轉(zhuǎn)換電路等組成,如圖3所示.

圖3 應(yīng)答機(jī)模擬器信號(hào)處理器的組成框圖Fig.3 Block diagram of signal processing module of simulator

2.2 關(guān)鍵硬件模塊實(shí)現(xiàn)方案

2.2.1 偽碼距離模擬電路

偽碼距離模擬電路在65.536MHz工作時(shí)鐘的控制下,利用碼NCO的原理產(chǎn)生延時(shí)偽碼輸出,通過實(shí)時(shí)更新碼NCO的相位來進(jìn)行偽碼距離的模擬.偽碼距離模擬電路的實(shí)現(xiàn)框圖如圖4所示.

偽碼距離模擬電路一方面利用本地產(chǎn)生的標(biāo)稱碼速率(7.719MHz)對(duì)應(yīng)的頻率字進(jìn)行累加；另一方面,接收DSP根據(jù)模型參數(shù)解算出的模擬初始碼相位和碼多普勒轉(zhuǎn)換系數(shù)來實(shí)時(shí)更新輸出調(diào)制偽碼的碼相位,以進(jìn)行偽碼距離的模擬.

2.2.2 載波多普勒頻移模擬電路

載波多普勒頻移模擬電路需接收DSP根據(jù)模型參數(shù)解算得到的載波多普勒頻率轉(zhuǎn)換系數(shù),采用數(shù)控振蕩器(NCO)原理,通過實(shí)時(shí)更新NCO的頻率字,以實(shí)現(xiàn)載波多普勒頻移模擬.

對(duì)于雷達(dá)而言,射頻載波輸出頻率為800F1.但對(duì)于應(yīng)答機(jī)模擬器而言,不僅要實(shí)現(xiàn)輸出的載頻為800F1,還要實(shí)現(xiàn)雙程多普勒頻率的模擬,因而應(yīng)答機(jī)模擬器射頻輸出的頻率為800F1+fdca-dual,應(yīng)答機(jī)模擬器信號(hào)處理器中頻輸出頻率為F1+fdca-dual.因而,多普勒頻移模擬電路的框圖如圖5所示.

圖4 偽碼距離模擬電路Fig.4 Analog circuit for pseudo-range

圖5 多普勒頻移模擬電路Fig.5 Analo circuit for doppler shift

其中,1600Vr/c是DSP根據(jù)模型參數(shù)解算得到的多普勒轉(zhuǎn)換系數(shù),每40ms更新一次.Ktr是中頻發(fā)射信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率字.

3 模擬器軟件設(shè)計(jì)方案

模擬器的軟件設(shè)計(jì)包含控制計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)和模擬器主機(jī)的軟件設(shè)計(jì).

控制計(jì)算機(jī)軟件用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置參數(shù)的讀取、測(cè)試結(jié)果的輸出和串口通信,在實(shí)現(xiàn)時(shí)可以選用LabVIEW等圖形化編程軟件實(shí)現(xiàn),該軟件基于模塊化設(shè)計(jì),便于操作和升級(jí)維護(hù).

模擬器主機(jī)端的軟件相對(duì)較復(fù)雜,包含F(xiàn)PGA軟件和DSP軟件,其中,FPGA軟件用于實(shí)現(xiàn)偽碼距離的模擬、載波多普勒頻移模擬、預(yù)測(cè)接收信號(hào)偽碼相位和多普勒頻率、穩(wěn)定跟蹤偽碼相位等功能；DSP軟件用于實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)到FPGA模擬所需參數(shù)的轉(zhuǎn)換、距離誤差修正、配合FPGA完成設(shè)備校準(zhǔn)等.下面進(jìn)行詳細(xì)介紹.

3.1 FPGA程序設(shè)計(jì)

FPGA信號(hào)處理電路主要用來實(shí)現(xiàn)以下功能:

1)產(chǎn)生帶有信道傳輸特征的偽碼調(diào)制信號(hào),實(shí)現(xiàn)偽碼距離模擬；

2)產(chǎn)生帶有信道傳輸特征的疊加多普勒信息的中頻發(fā)射數(shù)字信號(hào),輸出至D/A單元,實(shí)現(xiàn)載波多普勒頻移模擬；

3)偽碼和載波的快速捕獲；

4)偽碼相位的穩(wěn)定跟蹤、載波多普勒頻移的穩(wěn)定跟蹤；

5)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射通道的衰減控制和接收通道的衰減控制；

6)實(shí)現(xiàn)控制計(jì)算機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；7)接收控制計(jì)算機(jī)的校準(zhǔn)命令字,對(duì)距離模擬進(jìn)行校準(zhǔn).

根據(jù)上述功能設(shè)計(jì),FPGA的主程序框圖如圖6所示.

圖6 FPGA主程序框圖Fig.6 FPGA software diagram

FPGA信號(hào)處理電路按功能可劃分成以下幾個(gè)模塊:距離模擬模塊、載波多普勒頻率模擬、捕獲模塊、跟蹤模塊、參數(shù)設(shè)置接口模塊、參數(shù)返回接口模塊、數(shù)據(jù)接口模塊、時(shí)鐘管理模塊、衰減控制接口模塊.

距離模擬模塊:偽碼距離模擬電路一方面利用本地產(chǎn)生的標(biāo)稱碼速率對(duì)應(yīng)的頻率字進(jìn)行累加；另一方面,接收DSP根據(jù)模型參數(shù)解算出的模擬初始碼相位和碼多普勒轉(zhuǎn)換系數(shù)來實(shí)時(shí)更新輸出調(diào)制偽碼的碼相位,以實(shí)現(xiàn)偽碼距離的模擬.

載波多普勒頻率模擬:載波多普勒頻率模擬電路需接受DSP根據(jù)模型參數(shù)解算得到的載波多普勒頻率轉(zhuǎn)換系數(shù),采用數(shù)控振蕩器(NCO)原理,通過實(shí)時(shí)更新NCO的頻率字.

捕獲模塊:對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行載波剝離,采用FFT方法實(shí)現(xiàn)相關(guān)并對(duì)相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)判決,實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)偽碼相位和多普勒頻率的預(yù)測(cè).

跟蹤模塊:實(shí)現(xiàn)對(duì)偽碼相位、載波多普勒頻率的穩(wěn)定跟蹤.偽碼延遲鎖定環(huán)路在FFT快捕電路給出的碼相位預(yù)測(cè)值的基礎(chǔ)上,對(duì)偽碼相位進(jìn)行精確跟蹤.載波鎖相環(huán)路利用FFT快捕電路預(yù)測(cè)的多普勒頻移值,對(duì)相關(guān)通道的下變頻載波NCO進(jìn)行頻率預(yù)置(標(biāo)稱頻率值 +多普勒頻率的預(yù)測(cè)值),從而使載波鎖相環(huán)路快速進(jìn)入鎖定和跟蹤狀態(tài).

參數(shù)設(shè)置接口模塊:接收控制計(jì)算機(jī)給應(yīng)答機(jī)模擬器設(shè)置的模型參數(shù).

參數(shù)返回接口模塊:接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的定時(shí)采樣命令字,將實(shí)時(shí)的模擬數(shù)據(jù)傳至控制計(jì)算機(jī).

數(shù)據(jù)接口模塊:與DSP數(shù)據(jù)處理電路的EMIF接口進(jìn)行通訊.當(dāng)DSP數(shù)據(jù)處理電路接收到FPGA給出的中斷控制信號(hào)后,由DSP作為主控方,完成對(duì)FPGA內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀寫控制.

衰減控制接口模塊:接收外部控制數(shù)據(jù),對(duì)接收機(jī)及發(fā)射機(jī)進(jìn)行衰減控制.

時(shí)鐘管理模塊:完成對(duì)FPGA信號(hào)處理單元內(nèi)部時(shí)鐘的統(tǒng)一管理,其中包括利用DCM實(shí)現(xiàn)分頻、倍頻等處理等等.

3.2 DSP程序設(shè)計(jì)

模擬器信號(hào)處理器數(shù)據(jù)處理電路可由 32位DSP芯片實(shí)現(xiàn),DSP軟件完成的主要功能包括以下幾方面:

1)DSP將模型參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬需要的參數(shù)并傳回至FPGA,以進(jìn)行距離模擬和速度模擬；

2)實(shí)現(xiàn)距離誤差的修正；

3)當(dāng)DSP檢測(cè)到FPGA的采樣命令時(shí),主動(dòng)讀取FPGA當(dāng)前的模擬量,并將其轉(zhuǎn)換為當(dāng)前的模型參數(shù),傳回至FPGA.讀取FPGA根據(jù)基準(zhǔn)1K采樣得到的偽碼整數(shù)碼片、小數(shù)碼片及載波相位差,并將其轉(zhuǎn)換為距離測(cè)量值和速度測(cè)量值,傳回至FPGA；

4)當(dāng)接收到FPGA的校準(zhǔn)命令后,將距離測(cè)量結(jié)果扣除距離初值.

數(shù)據(jù)處理電路(DSP電路)的軟件主程序流程圖如圖7所示.

圖7 主程序流程圖Fig.7 Flow chart ofmain function for DSP

初始化程序中,主要完成外部管腳初始化、PLL時(shí)鐘配置、中斷屏蔽字、外部中斷等.

模擬參數(shù)轉(zhuǎn)換處理程序讀取模型參數(shù),將模型參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬參數(shù),將該參數(shù)寫入FPGA,用于調(diào)制模擬的微波雷達(dá)信號(hào)；

數(shù)據(jù)采集處理程序首先讀取當(dāng)前的模擬參數(shù)并轉(zhuǎn)換為模型參數(shù),然后讀取FPGA根據(jù)基準(zhǔn)采樣頻率得到的偽碼整數(shù)碼片、小數(shù)碼片及載波相位差,根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)計(jì)算出距離測(cè)量值和速度測(cè)量值,最后將結(jié)果寫入FPGA.

4 模擬器工作過程及測(cè)試情況介紹

根據(jù)本文介紹的模塊化設(shè)計(jì)思想,在應(yīng)答機(jī)的地面測(cè)試中,設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了一種應(yīng)答機(jī)模擬器,該模擬器包括一臺(tái)模擬器主機(jī)、一臺(tái)模擬器天線及一臺(tái)控制計(jì)算機(jī),在實(shí)際測(cè)試中獲得了成功的應(yīng)用.下面對(duì)其工作過程及測(cè)試情況進(jìn)行說明.

4.1 模擬器工作過程說明

模擬器加電后二次電源啟動(dòng)并按上電次序給出各路供電電源,模擬器信號(hào)處理器進(jìn)入加電工作狀態(tài).FPGA先進(jìn)行上電加載,加載成功后將加載成功標(biāo)志傳至DSP；與此同時(shí),DSP數(shù)據(jù)處理電路也在復(fù)位管理電路的控制下進(jìn)行上電加載操作,加載成功后控制FPGA進(jìn)行軟件復(fù)位.當(dāng)模擬器信號(hào)處理器上電加載成功后,接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的自檢命令,將模擬器信號(hào)處理器自檢及狀態(tài)信息通過參數(shù)設(shè)置接口返回給控制計(jì)算機(jī).

自檢結(jié)束后,模擬器信號(hào)處理器接收控制計(jì)算機(jī)通過參數(shù)返回接口給出的校準(zhǔn)命令,由 DSP控制模擬器距離模擬電路,進(jìn)行零距離模擬,經(jīng)應(yīng)答機(jī)相干轉(zhuǎn)發(fā)后,由模擬器信號(hào)處理器捕獲、跟蹤單元的實(shí)時(shí)碼相位輸出結(jié)果及發(fā)射碼相位計(jì)算對(duì)應(yīng)零距離模擬的碼相位差值,并轉(zhuǎn)換成距離量同時(shí)進(jìn)行記錄.在正常閉環(huán)模擬時(shí),當(dāng)模擬器接收到應(yīng)答機(jī)相干轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)后,在進(jìn)行距離測(cè)量時(shí),由DSP對(duì)距離測(cè)量值按零距離模擬時(shí)對(duì)應(yīng)的距離量進(jìn)行修正,得到實(shí)際距離測(cè)量結(jié)果,經(jīng)參數(shù)返回接口至控制計(jì)算機(jī).

正常模擬時(shí),首先由模擬器產(chǎn)生交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)帶有信道傳輸特征的偽碼調(diào)制信號(hào)及含有載波多普勒頻率的中頻模擬信號(hào),經(jīng)射頻調(diào)制后,發(fā)射至應(yīng)答機(jī)；同時(shí)接收應(yīng)答機(jī)的相干轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào),經(jīng)下變頻后,輸出模擬中頻信號(hào),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字中頻采樣信號(hào),FFT快捕電路對(duì)此采樣信號(hào)進(jìn)行載波加多普勒的頻率預(yù)測(cè)和偽碼的相位預(yù)測(cè).采用頻域搜索的方法,在FFT快捕電路的輸出超過給定門限時(shí),就給出載波多普勒預(yù)測(cè)值和碼相位預(yù)測(cè)值.

在載波頻率和碼相位預(yù)測(cè)工作結(jié)束后,即進(jìn)入載波跟蹤和偽碼跟蹤狀態(tài).以FFT快捕電路給出的載波多普勒預(yù)測(cè)值為基準(zhǔn),接收通道信號(hào)處理電路的載波NCO對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行載波剝離(下變頻)；以FFT快捕電路給出的碼相位預(yù)測(cè)值為基準(zhǔn),接收通道信號(hào)處理電路的再生偽碼發(fā)生器(碼NCO)分別產(chǎn)生超前、即時(shí)和滯后偽碼序列,對(duì)載波剝離后的數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò).即時(shí)偽碼通路的積分清除器輸出的I、Q兩路結(jié)果用于載波跟蹤,完成載波頻率跟蹤鎖定的任務(wù)；超前、即時(shí)和滯后通路的積分清除器的I、Q輸出結(jié)果用于碼跟蹤,完成偽碼跟蹤鎖定的任務(wù).載波跟蹤環(huán)路利用環(huán)路濾波器輸出的誤差信號(hào)不斷調(diào)整載波NCO,保持載波跟蹤鎖定狀態(tài)；偽碼跟蹤環(huán)路利用環(huán)路濾波器輸出的誤差信號(hào)不斷調(diào)整碼NCO,保持偽碼跟蹤鎖定狀態(tài).載波跟蹤環(huán)路和偽碼跟蹤環(huán)路在環(huán)路鎖定后給出各自的鎖定標(biāo)志.

當(dāng)接收到控制計(jì)算機(jī)的參數(shù)后,偽碼距離模擬電路、載波多普勒頻移模擬電路開始工作；只有捕獲跟蹤標(biāo)志給出后,才可返回有效測(cè)量值.偽碼距離模擬電路一方面利用本地產(chǎn)生的標(biāo)稱碼速率對(duì)應(yīng)的頻率字進(jìn)行累加；另一方面,接收DSP根據(jù)模型參數(shù)解算出的模擬初始碼相位和碼多普勒轉(zhuǎn)換系數(shù)來實(shí)時(shí)更新輸出調(diào)制偽碼的碼相位,以進(jìn)行偽碼距離的模擬.載波多普勒頻率模擬電路需接收DSP根據(jù)模型參數(shù)解算得到的載波多普勒頻率轉(zhuǎn)換系數(shù),采用數(shù)控振蕩器(NCO)原理,通過實(shí)時(shí)更新NCO的頻率字,以實(shí)現(xiàn)載波多普勒頻移模擬.

在上述過程中,應(yīng)答機(jī)模擬器信號(hào)處理器還要接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的采樣命令字,定時(shí)將當(dāng)前的模擬量輸出至控制計(jì)算機(jī).

4.2 模擬器測(cè)試情況介紹

在實(shí)際的應(yīng)答機(jī)地面測(cè)試中,根據(jù)測(cè)試需求,主要利用該模擬器進(jìn)行了應(yīng)答機(jī)的靜態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能及接收靈敏度的測(cè)試.靜態(tài)性能測(cè)試是利用模擬器模擬飛船的正負(fù)向最大速度、最近、最遠(yuǎn)距離,考察應(yīng)答機(jī)的靜態(tài)性能；動(dòng)態(tài)性能測(cè)試是利用提前設(shè)定的典型交會(huì)對(duì)接過程數(shù)據(jù),模擬動(dòng)態(tài)的接近與撤離過程,考察應(yīng)答機(jī)在此過程中對(duì)信號(hào)跟蹤的穩(wěn)定性.靈敏度測(cè)試是模擬應(yīng)答機(jī)設(shè)計(jì)響應(yīng)的最小閾值信號(hào),考察應(yīng)答機(jī)接收小信號(hào)的靈敏度.

實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明,采用了模塊化設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)的應(yīng)答機(jī)模擬器無論是在桌面聯(lián)試還是整器測(cè)試過程中,均能方便、快速地實(shí)現(xiàn)與器上信號(hào)的連接,穩(wěn)定地進(jìn)行測(cè)試；且模塊化設(shè)計(jì)思想保證了模擬器的可擴(kuò)展性,在測(cè)試過程中根據(jù)需要為模擬器增加了自動(dòng)判讀模塊,使其可以自動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判讀并給出結(jié)論,降低了測(cè)試強(qiáng)度.

該模擬器對(duì)在地面測(cè)試過程中評(píng)價(jià)微波應(yīng)答機(jī)性能起到了重要作用.

5 結(jié) 論

針對(duì)微波應(yīng)答機(jī)地面測(cè)試需求,本文提出了一種基于模塊化設(shè)計(jì)思想的模擬器設(shè)計(jì)方案,并對(duì)模擬器的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹.最后對(duì)依據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)的模擬器的工作過程和測(cè)試使用情況進(jìn)行了介紹,實(shí)際測(cè)試表明,該模擬器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,性能穩(wěn)定,對(duì)在地面測(cè)試過程中評(píng)價(jià)微波應(yīng)答機(jī)性能起到了重要作用.

［1］ 張文禮.脈沖多普勒雷達(dá)目標(biāo)模擬器的研究［D］.長(zhǎng)春:長(zhǎng)春理工大學(xué),2008 Zhang W L.The study of pulse dopp ler radar target simulator［D］.Changchun:Changchun University of Science and Technology,2008

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A Design M ethod Study of Simulator for M icrowave Responding Equipment Test

SONG Xiaoguang1,CAIBiao1,JIANG Qingfu2
(1.Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China；2.Beijing Institute of Remote Sensing Equipent,Beijing 100854,China)

The microwave responder is one of the important cooperative targets for spacecraft rendezvous and docking.To insure that the equipment has a good performance in-orbit,a special simulator is needed in the spacecraft test before it is sent to orbit.A design of the simulator is introduced in this paper,and the corresponding function and performance requirments are analyzed.Based on the modularized design, a hardware and software design method is provided in this paper.Finally,the operating process and the test performance of the designed simulator are introduced.

microwave responder；simulator；modularized design

V249

A

1674-1579(2012)01-0046-06

10.3969/j.issn.1674-1579.2012.01.008

宋曉光(1982-),男,工程師,研究方向?yàn)楹教炱骺刂葡到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)；蔡 彪(1980-),男,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)楹教炱鲗?dǎo)航制導(dǎo)與控制；蔣清富(1978-),男,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)闊o線電技術(shù)應(yīng)用。

2011-04-09