交会对接微波雷达模拟器研究与设计

发布时间：2020-05-21 17:06

【摘要】：交会对接雷达是航天器交会对接过程中必不可少的测量敏感器件,在对接过程中发挥着至关重要的作用。交会对接雷达信号模拟器是为了在实验室环境中构建闭环交会对接仿真场景,实现对雷达整体性能测试而设计的专用地面检测设各之一。本文在中频雷达信号模拟器整体研究和设计的基础上重点研究了提高模拟器瞬时模拟精度与信号同步精度两方面内容。首先本文仔细研究了交会对接雷达系统基本工作原理,介绍了测量信号的传输协议。然后分析了交会对接过程中追踪航天器和目标航天器的相对运动过程。在此基础上设计了相应的信号模拟器设计方案。方案设计包括模拟器信号发射通道,接收通道和上位机数据交互等三部分。其次为了实现较真实的对接过程信号模拟,本文对航天器间相对运动轨迹进行了分析,推导了相对静态和相对动态下上行数据链和下行数据链模拟信息构建。并且针对在传统连续波信号模拟瞬时精度低缺点,提出了高速可变延时控制方案,提高了双向测距体制下信号模拟精度和钟差控制精度同时保证了数据通道较低的误码率。然后还对模拟过程中误差进行了分析,对主要产生误差项进行了优化。之后,本文研究了信号接收模块,考虑到实际情况下被测设备输入信号信噪比变化,设计了一种简单有效便于FPGA实现的的自适应门限检测方法,对于载波和伪码跟踪采用了锁频环辅助锁相环的模式以及载波跟踪环路辅助伪码跟踪环路设计,保证了载波和码元的跟踪速度和精度,并且为了提高伪距测量精度引入了载波相位测量,利用FPGA高速并行运算的优点,改进伪距测量算法,提高伪距测量精度和钟差计算精度。最后,本文结合设计方案,详细的给出了基于FPGA的信号模拟器逻辑设计实现和模块的仿真测试结果。然后,联合上位机调试进行测试,验证了模拟器在双向系统测试中时钟差,距离和速度计算正确后,通过简单的几个运动模型对模拟器进行了静态测试和动态测试,验证了改进和优化后算法实际性能,并实现了模拟器相应的技术指标要求。
【图文】：

雷达信号模拟器,总体设计方案

图 2.7 雷达信号模拟器总体设计方案信号模拟器主要包括信号接收单元、信号模拟单元、信号处理单元以及上位机控制示单元四部分组成。模拟器收发通道通过同轴电缆与雷达连接完成模拟信号的发射和收，上位机用于控制交互，对模拟参数进行设定和测试结果输出显示，信号数处理单是雷达模拟器的关键部分，负责接收处理雷达信号并做相关运算处理。并根据输入的态环境参数模拟输出带有模拟距离、速度的信号。接收通道信号经过处理后，由 AD 采集转换为数字信号发发送给 FPGA，由 FPGA数字信息进行处理完成对目标信号的 FFT 快速搜索、捕获，实现对目标信号的精确稳跟踪，通过伪码延迟锁定环路锁定伪码测量伪距，用载波锁相环路锁定载波频率，通位同步帧同步完成对信息的提取处理。应根据测量信息计算钟差动态变化，将结果输到发射通道做相应的调整，保证钟差精度。PC 机主要负责完成相应模拟参数的计算和数据交互与显示。上位机将输入的模拟数或者不同环境下的平面轨道位置信息通过相应的算法转换成对应的模拟控制信息，过串口加载到 FPGA 硬件电路缓存单元中，FPGA 读取相应的信息，生成实时的模拟号。并且 FPGA 将本身的运行状态，解调信息等数据发送给上位机进行显示与评估。

模拟信号,建模,动态信号,伪距

第 3 章动态信号模拟分析与设计第 3 章动态信号模拟分析与设计信号模拟器的跟踪精度，模拟精度和信号模拟的误差校正都是本文设计的关键，模拟雷达信号时需要根据输入的仿真参数实时动态的模拟信号的变化并能够接收锁定雷达的反馈信号。本章首先根据相对运动轨迹建立模拟伪距模型，然后对信号的高精度延时进行分析，，设计出高精度伪距延时方案，并对模拟过程中影响伪模拟距精度的因素进行分析。3.1 双向测距建模3.1.1 模拟轨迹建模分析
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V526;V416

【参考文献】