宽频多通道相参雷达成像系统及其控制方法
宽频多通道相参雷达成像系统及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种宽频多通道相参雷达成像BMCIRS系统及其控制方法。该控制方法对BMCIRS系统中各硬件模块的控制由手动变成自动，系统各硬件模块有机地集成在一起，具有自动化数据采集、协调性工作的优点，从而极大地提高了控制效率。
【专利说明】宽频多通道相参雷达成像系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达【技术领域】，尤其涉及一种宽频多通道相参雷达成像系统BMCIRS的控制方法。
【背景技术】
[0002]在当今微波成像技术发展过程中，宽频和多通道是雷达成像系统重要的发展方向之一。为了构建稳定、功能性强并且满足应用需求的成像系统产品，需要预先构建相应的实验验证平台。宽频多通道相参雷达成像系统(BMCIRS broadband Mult1-channel CoherentImaging Radar System)是由通用仪器设备和定制设备构成的实验验证平台。
[0003]然而，现有的BMCIRS系统由通用仪器设备和定制设备构成，对系统的操作和控制只能通过手动方式在仪器设备的面板处进行，但是这样的操作方式不具备自动化、自适应性、协调性和集成性的特点，一方面控制效率低，耗时长，另一方面缺乏反馈校验，容易产生控制错误。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种BMCIRS系统及其控制方法。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种宽频多通道相参雷达成像BMCIRS系统。该系统包括:基带信号产生模块，包括至少一台任意波形发生器，每台任意波形发生器占用一个发射通道；正交调制上变频模块，包括至少一台矢量微波信号源，每台矢量微波信号源占用一个发射通道，与该通道处构成基带信号产生模块的一台任意波形发生器配套使用；发射端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块；接收端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块；接收机下变频模块，包括至少一台多通道下变频器，其第一输入端连接至频率源模块的输出端，其第二输入端连接至接收端通道切换模块的输出公共端，其输出端连接至AD采样与存储模块；AD采样与存储模块，用于在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，形成所需的原始回波数据；频率源模块，包括至少两台模拟信号发生器，其中，一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号；定时器模块，用于为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，并为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号；以及控制设备，与上述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块、频率源模块、定时器模块相连接，用于对上述硬件设备进行配置后，通过协调运行进行宽频多通道相参雷达成像仿真。
[0008]根据本发明的另一个方面，还提供了一种BMCIRS系统的控制方法，用于控制上述的BMCIRS系统，由控制设备执行，包括:步骤A:接收用户输入的系统工作模式信息，即系统工作发射通道个数N和接收通道个数M ;步骤B:根据该系统工作模式信息对相应的硬件设备进行配置和初始化设置；步骤C:接收用户输入的系统工作参数集，通过约束方程组对系统工作参数集中的参数进行参数可行性分析，反馈给用户进行修改，直到系统工作参数集符合要求；步骤D:接收用户输入的“发射信号参数”集，进行发射信号预失真校正，导出发射信号预失真数字波形文件，并将发射信号预失真数字波形文件作为参数文件发送给基带信号产生模块；步骤E:将系统工作参数集的各控制参数发送至相应的硬件模块中去；将发射信号预失真数字波形文件发送到基带信号产生模块；步骤F，指示各设备按照输入控制参数进行参数配置，并接收硬件设备反馈运行参数，进行系统校验，以消除参数设置中的错误和冲突；以及步骤G，控制设备向各硬件设备发送启动指令，开始宽频多通道相参雷达成像仿真。
[0009](三)有益效果
[0010]从上述技术方案可以看出，本发明BMCIRS系统及其控制方法具有以下有益效果:
[0011](I)对BMCIRS系统中各硬件模块的控制由手动变成自动，系统各硬件模块有机地集成在一起，具有自动化数据采集、协调性工作的优点，从而极大地提高了控制效率；
[0012](2)可实现多种工作模式下的BMCIRS系统控制，不同工作模式下自适应加载不同的软、硬件配置方案，极大地提高了系统控制的灵活性；
[0013](3)对BMCIRS系统的参数设计和参数设置具有反馈校验的功能，便于检测和纠正参数设计和参数设置过程中的冲突和异常，极大地提高了系统控制的鲁棒性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例BMCIRS系统的原理示意图；
[0015]图2为本发明实施例BMCIRS系统的结构示意图；
[0016]图3为本发明BMCIRS系统控制方法控制流程图；
[0017]图4-1为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“单发单收”模式下结构示意图；
[0018]图4-2为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“单发多收”模式下结构示意图；
[0019]图4-3为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“多发单收”模式下结构示意图；
[0020]图4-4为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“多发多收”模式下
结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。[0022]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0023]本发明提供了一种BMCIRS系统及其控制方法。该系统及方法利用对系统硬件模块设备的编程控制，实现各设备之间的通信和同步，控制信号的产生、发射、接收、采样和存储，以实现微波成像的新理论和新技术的试验验证。
[0024]图1为本发明实施例BMCIRS系统的原理示意图。请参照图1，该BMCIRS系统以地面交通工具等为安装平台，通过平台的运动实现天线孔径合成和方位向分辨，通过使用阵列天线实现阵列向的实孔径分辨。
[0025]图2为本发明实施例BMCIRS系统的结构示意图。请参照图2，本发明实施例BMCIRS系统包括以下硬件模块:
[0026]1、基带信号产生模块，包括至少一台任意波形发生器，每台任意波形发生器占用一个发射通道，与该通道处构成正交调制上变频模块的一台矢量微波信号源配套使用。该任意波形发生器用于根据用户输入的数字波形序列，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，通过DA合成转换成模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号，作为与其配套使用的、构成正交调制上变频模块的矢量微波信号源输A ；
[0027]2、正交调制上变频模块，包括至少一台矢量微波信号源，每台矢量微波信号源占用一个发射通道，与该通道处构成基带信号产生模块的一台任意波形发生器配套使用。该矢量微波信号源用于对与其配套的任意波形发生器输出的模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号做正交调制和脉冲调制，产生已调射频脉冲信号及其脉冲包络，作为发射端通道切换模块的输入信号；
[0028]3、发射端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备。该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块。工作时，根据接收控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行射频信号在微波开关设备中不同通路的切换，射频信号被导通至不同的发射机功放进行功率放大，并通过发射天线辐射出去，从而实现BMCIRS系统发射通道在时间上的扩展。
[0029]4、接收端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备。该多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块。工作时，根据接收到的控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行不同天线处接收信号在微波开关设备中的通路切换，射频信号被分时导通至接收机下变频模块，从而实现BMCIRS系统接收通道在时间上的扩展。
[0030]5、接收机下变频模块，包括至少一台多通道下变频器，该多通道下变频器以频率源模块输出本振信号作为混频信号，对接收端通道切换模块输出的、接收天线接收到的射频信号进行射频预选、低噪声放大、下变频混频和中频滤波、放大，输出为中频信号，作为AD采样与存储硬件模块的输入；
[0031]6、AD采样与存储模块，用于根据控制设备的参数设置，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，最终形成所需的原始回波数据；
[0032]7、频率源模块，包括至少两台模拟信号发生器。根据控制设备的参数设置，一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号；
[0033]8、定时器模块，用于根据控制设备的参数设置，一方面为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，另一方面为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号；
[0034]9、控制设备，与上述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块、频率源模块、定时器模块相连接，用于对上述硬件设备进行配置后，通过协调运行进行宽频多通道相参雷达成像仿真。
[0035]该控制设备通过接口总线LXI (LAN)与上述其他硬件模块进行IO通信连接，其中上述硬件模块中的基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、频率源模块、定时器模块均采用通用仪器设备构成，符合美国国家仪器NI (National Instrument)公司的虚拟仪器软件构架 VISA (Virtual Instrument SoftwareArchitecture)标准协议，控制设备通过VISA应用程序接口对其进行控制；硬件模块中的接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块采用定制设备构成，其应用程序接口也按照VISA标准协议定制以被控制设备控制。因此，控制设备均以VISA标准协议进行设备控制。
[0036]在上述实施例BMCIRS系统的基础上，本发明还提供了一种上述BMCIRS系统的控制方法。请参照图3，该控制方法由上述的控制设备执行，包括:
[0037]步骤A:接收用户输入的系统工作模式信息，即系统工作发射通道个数N和接收通道个数M，其中，该系统工作模式信息至少包括以下方案中的一种:单发单收，N=LM=I工作模式、单发多收，N= 1，M> 2工作模式、多发单收，NS 2，M= I工作模式、多发多收，N≥2，M≥2工作模式；
[0038]步骤B:根据该系统工作模式信息对相应的硬件设备进行配置和初始化设置，如果选择单发单收工作模式，则执行步骤BI ;如果选择单发多收工作模式，执行步骤B2 ;如果选择多发单收工作模式，执行步骤B3 ;如果选择多发多收工作模式，执行步骤B4 ；
[0039]子步骤BI，按照单发单收工作模式配置设备，该子步骤又包括:
[0040]分步骤Bla，配置一台波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0041]分步骤Blb，配置与上述波形发生器配套的一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0042]分步骤Blc，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路；
[0043]分步骤Bid，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道；
[0044]分步骤Ble，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0045]分步骤Blf，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ;
[0046]执行完上述Bla至Blf之后，BMCIRS系统硬件结构如图4_1所示。
[0047]子步骤B2，按照单发多收工作模式配置设备，该子步骤又包括:
[0048]分步骤B2a，配置一台任意波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0049]分步骤B2b，配置一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0050]分步骤B2c，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路；
[0051]分步骤B2d，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M < L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M >L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道；
[0052]分步骤B2e，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0053]分步骤B2f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0054]分步骤B2g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ;
[0055]执行完上述B2a至B2g之后，，BMCIRS系统硬件结构如图4_2所示。
[0056]子步骤B3，按照多发单收工作模式配置设备，该子步骤又包括:
[0057]分步骤B3a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；
[0058]分步骤B3b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B3d ；
[0059]分步骤B3c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0060]分步骤B3d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路；
[0061]分步骤B3e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道；
[0062]分步骤B3f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0063]分步骤B3g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ;
[0064]执行完上述B3a至B3g之后，，BMCIRS系统硬件结构如图4_3所示。
[0065]子步骤B4，按照多发多收工作模式配置设备，该子步骤又包括:[0066]分步骤B4a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；
[0067]分步骤B4b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B4d ；
[0068]分步骤B4c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0069]分步骤B4d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路；
[0070]分步骤B4e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M < L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M >L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道；
[0071]分步骤B4f，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0072]分步骤B4g，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0073]分步骤B4h，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ; [0074]执行完上述B4a至B4g之后，，BMCIRS系统硬件结构如图4_4所示。
[0075]步骤C:接收用户输入的系统工作参数集，通过约束方程组对系统工作参数集中的参数进行参数可行性分析，反馈给用户进行修改，直到系统工作参数集符合要求；
[0076]系统工作参数集中的参数用于生成各硬件模块设备的输入控制参数，包括系统工作频率f。、带宽B、脉冲宽度τ、采样频率fs、脉冲重复频率PRF、峰值发射功率Pt、天线增益G、方位波束宽度0a、俯仰波束宽度Θ。，平台速度V、平台高度H、入射角范围Φ e [Φ17Φ2]、接收机噪声系数Fn、系统损耗Ln、接收机下变频本振频率&、中频输出频率A、发射通道个数N和接收通道个数M等参数；约束方程组包括:
【权利要求】
1.一种宽频多通道相参雷达成像BMCIRS系统，其特征在于，包括: 基带信号产生模块，包括至少一台任意波形发生器，每台任意波形发生器占用一个发射通道； 正交调制上变频模块，包括至少一台矢量微波信号源，每台矢量微波信号源占用一个发射通道，与该通道处构成基带信号产生模块的一台任意波形发生器配套使用； 发射端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块； 接收端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块； 接收机下变频模块，包括至少一台多通道下变频器，其第一输入端连接至频率源模块的输出端，其第二输入端连接至接收端通道切换模块的输出公共端，其输出端连接至AD采样与存储模块； AD采样与存储模块，用于在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，形成所需的原始回波数据； 频率源模块，包括至少两台模拟信号发生器，其中，一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号； 定时器模块，用于为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，并为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号；以及` 控制设备，与上述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块、频率源模块、定时器模块相连接，用于对上述硬件设备进行配置后，通过协调运行进行宽频多通道相参雷达成像仿真。
2.根据权利要求1所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、频率源模块、定时器模块符合美国国家仪器NI公司的虚拟仪器软件构架VISA ； 所述控制设备通过接口总线LXI或LAN与上述其他硬件模块进行IO通信连接，并通过VISA应用程序接口对其进行控制。
3.根据权利要求1所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述基带信号产生模块中，所述任意波形发生器用于根据用户输入的数字波形序列，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，通过DA合成转换成模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号； 所述正交调制上变频模块中，所述矢量微波信号源用于对与其配套的任意波形发生器输出的模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号做正交调制和脉冲调制，产生已调射频脉冲信号及其脉冲包络。
4.根据权利要求3所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述发射端通道切换模块中，所述该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块，工作时，根据接收控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行射频信号在微波开关设备中不同通路的切换，射频信号被导通至不同的发射机功放进行功率放大，并通过发射天线辐射出去； 所述接收端通道切换模块中，所述多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块，工作时，根据接收到的控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行不同天线处接收信号在微波开关设备中的通路切换，射频信号被分时导通至接收机下变频模块。
5.根据权利要求4所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述接收机下变频模块中，所述多通道下变频器以频率源模块输出本振信号作为混频信号，对接收端通道切换模块输出的、接收天线接收到的射频信号进行射频预选、低噪声放大、下变频混频和中频滤波、放大，输出为中频信号，作为AD采样与存储硬件模块的输入；所述AD采样与存储模块，用于根据控制设备的参数设置，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，最终形成所需的原始回波数据。
6.根据权利要求5所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述频率源模块中，所述至少两台模拟信号发生器的一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号； 所述定时器模块，用于一方面为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，另一方面为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号。
7.一种BMCIRS系统的控制方法，用于控制权利要求1至6中任一项所述的BMCIRS系统，其特征在于，由所述控制设备执行，包括: 步骤A:接收用户输入的系统工作模式信息，即系统工作发射通道个数N和接收通道个数M ; 步骤B:根据该系统工作模式信息对相应的硬件设备进行配置和初始化设置； 步骤C:接收用户输入的系统工作参数集，通过约束方程组对系统工作参数集中的参数进行参数可行性分析，反馈给用户进行修改，直到系统工作参数集符合要求； 步骤D:接收用户输入的“发射信号参数”集，进行发射信号预失真校正，导出发射信号预失真数字波形文件，并将发射信号预失真数字波形文件作为参数文件发送给基带信号产生丰吴块； 步骤E:将系统工作参数集的各控制参数发送至相应的硬件模块中去；将发射信号预失真数字波形文件发送到基带信号产生模块； 步骤F，指示各设备按照输入控制参数进行参数配置，并接收硬件设备反馈运行参数，进行系统校验，以消除参数设置中的错误和冲突；以及 步骤G，控制设备向各硬件设备发送启动指令，开始宽频多通道相参雷达成像仿真。
8.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为单发单收，即N= 1，M= I时，所述步骤B包括: 分步骤Bla，配置一台波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤Blb，配置与上述波形发生器配套的一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤Blc，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路； 分步骤Bid，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道； 分步骤Ble，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤Blf，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化。
9.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为单发多收，即N = 1，M > 2时，所述步骤B包括: 分步骤B2a，配置一台任意波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B2b，配置一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B2c，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路； 分步骤B2d，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M < L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M > L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道； 分步骤B2e，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B2f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤B2g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C。
10.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为多发单收，即，N≥2，M = I时，所述步骤B包括: 分步骤B3a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B3b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B3d ； 分步骤B3c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B3d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路； 分步骤B3e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道； 分步骤B3f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤B3g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化。
11.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为多发单收，即，N≥2，M = I时，所述步骤B包括: 分步骤B4a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B4b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B4d ； 分步骤B4c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B4d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路； 分步骤B4e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M ≤ L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M > L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道； 分步骤B4f，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B4g，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤B4h，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化。
12.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤C中: 所述系统工作参数集中的系统工作参数包括系统工作频率f。、带宽B、脉冲宽度τ、采样频率fs、脉冲重复频率PRF、峰值发射功率Pt、天线增益G、方位波束宽度Θ a、俯仰波束宽度Θ。，平台速度V、平台高度H、入射角范围Φ e [Φ17 Φ2]、接收机噪声系数Fn、系统损耗Ln、接收机下变频本振频率&、中频输出频率A、发射通道个数N和接收通道个数M ； 所述约束方程组包括:
13.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤D中: 所述“发射信号参数”集包括信号编码方式、信号带宽B、信号脉宽τ、D/A采样频率Fs， 所述步骤D包括: 子步骤Dl，根据“发射信号参数”集中的信号带宽和D/A采样频率参数，将信号带宽划分为多个离散频点fp = PA，其中P e [I,P]表示第P个频点；对某个离散频点fp，生成该频点的理想连续波信号数字波形； 子步骤D2，对子步骤Dl所得到的对应频点fp的理想连续波信号数字波形，基带信号产生硬件模块通过DA合成将其转化为模拟信号，并作为正交调制上变频硬件模块的正交调制输入，输出已调射频信号； 子步骤D3，对子步骤D2所得到的已调射频信号，使用信号观测设备进行测量，其测量值作为该离散频点的测量值Y (fp); 子步骤D4，依次遍历P e [I, P]的所有频点，执行Dl~D3的过程，得到测量[y (f\)，…，Y (fp),…Y `(fp)]，并通过与理想波形的幅度相位比较，解算出各频点的幅度预失真校正值[A(f\)，…，A(fp)，"Kfp)]和相位校正值U)，…炉U,)]; 子步骤D5，以子步骤D4所得到的结果作为校正值，首先根据“发射信号参数”集生成理想基带发射信号数字波形，通过Fourier变换获得其频谱s (fp)，使用校正值进行预失真幅度和相位校正;最后再对预失真校正后的频谱序列进行逆Fourier变换，即得到发射信号预失真数字波形文件，并将其导出，作为基带信号产生模块的输入参数文件。
14.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤E包括: 子步骤El，将工作频率参数f。发送给正交调制上变频模块，作为其输入参数； 子步骤E2，将发射通道个数参数N发送给发射端通道切换模块，作为其输入参数； 子步骤E3，将接收通道个数参数M发送给接收端通道切换模块，作为其输入参数； 子步骤E4，将工作频率参数f。、接收机噪声系数参数Fn发送给接收机下变频模块，作为其输入参数； 子步骤E5，将脉冲宽度参数τ、采样频率参数fs、脉冲重复频率参数PRF发送给AD采样与存储模块，作为其输入参数； 子步骤E6，将接收机下变频本振频率参数&发送给频率源模块，作为其输入参数；子步骤E7，将脉冲重复频率参数PRF发送给定时器模块，作为其输入参数；以及子步骤ES，将步骤D得到的发射信号预失真数字波形文件作为参数文件，发送给基带信号产生模块。
15.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤F包括:子步骤F1，控制设备从各硬件模块中读取反馈的设备参数集F(i31;…，β,，…^^)，其中，β,表示第q个设备反馈的用户变量，qe [1，Q]，Q表示控制设备所能控制的最大设备数目； 子步骤F2，对反馈设备参数集F(i31;…，β,，…i3Q)与发送给设备的控制参数集f(a1?…，a,，…a Q)进行比较，其中％表示控制设备发送给第q个设备的控制参数；子步骤F3，根据比较结果进行处理，包括: 分步骤F3a，当设备q无反馈参数，则判定该设备未成功通信，反馈用户进行连接；分步骤F3b，当设备q的反馈参数β q与发送给其的控制参数a q不相等，则判定该设备参数设置错误，反馈用户进行修改；以及 分步骤F3c，当所有设备均有反馈参数，且反馈参数与发送给其控制参数相等，则判定所有设备通信成功，参数设置正确，执行步骤G。
16.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤G包括: 子步骤G1，向定时器模块发送启动指令，令其输出定时脉冲； 子步骤G2，向频率源模块发送启动指令，令其输出外采样时钟信号和接收机下变频本振信号； 子步骤G3，向基带信号产生模块发送启动指令，令其接收定时器模块输出的定时脉冲和频率源模块输出的外采样时钟信号，输出基带发射信号和包络信号； 子步骤G4，向正交调制上变频模块发送启动指令，令其接收基带信号产生模块输出的基带发射信号和包络信号，并进行正交调制，输出已调射频信号； 子步骤G5，向发射端通道 切换模块发送启动指令，令其接收定时器模块输出的开关选通脉冲，进行通道切换，将已调射频信号切换到相应发射通道的发射机功放上去，并通过发射天线辐射出去； 子步骤G6，向接收端通道切换模块发送指令，令其接收定时器模块输出的开关选通信号脉冲，对相应接收通道接收天线接收到的射频信号进行通道切换； 子步骤G7，向接收机下变频模块发送启动指令，令其接收来自接收端通道切换模块输出的射频信号和频率源模块输出的下变频本振信号，对射频信号其进行射频预选、低噪声放大、下变频混频和中频滤波、放大，输出为中频信号； 子步骤G8，向AD采样与存储模块发送启动指令，令其接收定时器模块输出的定时脉冲和频率源模块输出的外采样时 钟信号，对接收机下变频模块输出的中频信号进行采样，并保存成原始回波采样数据。
【文档编号】G05B19/042GK103630894SQ201310218993
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】谭维贤, 韩阔业, 丁振宇, 王彦平, 洪文 申请人:中国科学院电子学研究所
【专利摘要】本发明提供了一种宽频多通道相参雷达成像BMCIRS系统及其控制方法。该控制方法对BMCIRS系统中各硬件模块的控制由手动变成自动，系统各硬件模块有机地集成在一起，具有自动化数据采集、协调性工作的优点，从而极大地提高了控制效率。
【专利说明】宽频多通道相参雷达成像系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达【技术领域】，尤其涉及一种宽频多通道相参雷达成像系统BMCIRS的控制方法。
【背景技术】
[0002]在当今微波成像技术发展过程中，宽频和多通道是雷达成像系统重要的发展方向之一。为了构建稳定、功能性强并且满足应用需求的成像系统产品，需要预先构建相应的实验验证平台。宽频多通道相参雷达成像系统(BMCIRS broadband Mult1-channel CoherentImaging Radar System)是由通用仪器设备和定制设备构成的实验验证平台。
[0003]然而，现有的BMCIRS系统由通用仪器设备和定制设备构成，对系统的操作和控制只能通过手动方式在仪器设备的面板处进行，但是这样的操作方式不具备自动化、自适应性、协调性和集成性的特点，一方面控制效率低，耗时长，另一方面缺乏反馈校验，容易产生控制错误。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种BMCIRS系统及其控制方法。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种宽频多通道相参雷达成像BMCIRS系统。该系统包括:基带信号产生模块，包括至少一台任意波形发生器，每台任意波形发生器占用一个发射通道；正交调制上变频模块，包括至少一台矢量微波信号源，每台矢量微波信号源占用一个发射通道，与该通道处构成基带信号产生模块的一台任意波形发生器配套使用；发射端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块；接收端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块；接收机下变频模块，包括至少一台多通道下变频器，其第一输入端连接至频率源模块的输出端，其第二输入端连接至接收端通道切换模块的输出公共端，其输出端连接至AD采样与存储模块；AD采样与存储模块，用于在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，形成所需的原始回波数据；频率源模块，包括至少两台模拟信号发生器，其中，一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号；定时器模块，用于为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，并为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号；以及控制设备，与上述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块、频率源模块、定时器模块相连接，用于对上述硬件设备进行配置后，通过协调运行进行宽频多通道相参雷达成像仿真。
[0008]根据本发明的另一个方面，还提供了一种BMCIRS系统的控制方法，用于控制上述的BMCIRS系统，由控制设备执行，包括:步骤A:接收用户输入的系统工作模式信息，即系统工作发射通道个数N和接收通道个数M ;步骤B:根据该系统工作模式信息对相应的硬件设备进行配置和初始化设置；步骤C:接收用户输入的系统工作参数集，通过约束方程组对系统工作参数集中的参数进行参数可行性分析，反馈给用户进行修改，直到系统工作参数集符合要求；步骤D:接收用户输入的“发射信号参数”集，进行发射信号预失真校正，导出发射信号预失真数字波形文件，并将发射信号预失真数字波形文件作为参数文件发送给基带信号产生模块；步骤E:将系统工作参数集的各控制参数发送至相应的硬件模块中去；将发射信号预失真数字波形文件发送到基带信号产生模块；步骤F，指示各设备按照输入控制参数进行参数配置，并接收硬件设备反馈运行参数，进行系统校验，以消除参数设置中的错误和冲突；以及步骤G，控制设备向各硬件设备发送启动指令，开始宽频多通道相参雷达成像仿真。
[0009](三)有益效果
[0010]从上述技术方案可以看出，本发明BMCIRS系统及其控制方法具有以下有益效果:
[0011](I)对BMCIRS系统中各硬件模块的控制由手动变成自动，系统各硬件模块有机地集成在一起，具有自动化数据采集、协调性工作的优点，从而极大地提高了控制效率；
[0012](2)可实现多种工作模式下的BMCIRS系统控制，不同工作模式下自适应加载不同的软、硬件配置方案，极大地提高了系统控制的灵活性；
[0013](3)对BMCIRS系统的参数设计和参数设置具有反馈校验的功能，便于检测和纠正参数设计和参数设置过程中的冲突和异常，极大地提高了系统控制的鲁棒性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例BMCIRS系统的原理示意图；
[0015]图2为本发明实施例BMCIRS系统的结构示意图；
[0016]图3为本发明BMCIRS系统控制方法控制流程图；
[0017]图4-1为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“单发单收”模式下结构示意图；
[0018]图4-2为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“单发多收”模式下结构示意图；
[0019]图4-3为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“多发单收”模式下结构示意图；
[0020]图4-4为本发明实施例BMCIRS系统控制方法中BMCIRS系统“多发多收”模式下
结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。[0022]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0023]本发明提供了一种BMCIRS系统及其控制方法。该系统及方法利用对系统硬件模块设备的编程控制，实现各设备之间的通信和同步，控制信号的产生、发射、接收、采样和存储，以实现微波成像的新理论和新技术的试验验证。
[0024]图1为本发明实施例BMCIRS系统的原理示意图。请参照图1，该BMCIRS系统以地面交通工具等为安装平台，通过平台的运动实现天线孔径合成和方位向分辨，通过使用阵列天线实现阵列向的实孔径分辨。
[0025]图2为本发明实施例BMCIRS系统的结构示意图。请参照图2，本发明实施例BMCIRS系统包括以下硬件模块:
[0026]1、基带信号产生模块，包括至少一台任意波形发生器，每台任意波形发生器占用一个发射通道，与该通道处构成正交调制上变频模块的一台矢量微波信号源配套使用。该任意波形发生器用于根据用户输入的数字波形序列，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，通过DA合成转换成模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号，作为与其配套使用的、构成正交调制上变频模块的矢量微波信号源输A ；
[0027]2、正交调制上变频模块，包括至少一台矢量微波信号源，每台矢量微波信号源占用一个发射通道，与该通道处构成基带信号产生模块的一台任意波形发生器配套使用。该矢量微波信号源用于对与其配套的任意波形发生器输出的模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号做正交调制和脉冲调制，产生已调射频脉冲信号及其脉冲包络，作为发射端通道切换模块的输入信号；
[0028]3、发射端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备。该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块。工作时，根据接收控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行射频信号在微波开关设备中不同通路的切换，射频信号被导通至不同的发射机功放进行功率放大，并通过发射天线辐射出去，从而实现BMCIRS系统发射通道在时间上的扩展。
[0029]4、接收端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备。该多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块。工作时，根据接收到的控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行不同天线处接收信号在微波开关设备中的通路切换，射频信号被分时导通至接收机下变频模块，从而实现BMCIRS系统接收通道在时间上的扩展。
[0030]5、接收机下变频模块，包括至少一台多通道下变频器，该多通道下变频器以频率源模块输出本振信号作为混频信号，对接收端通道切换模块输出的、接收天线接收到的射频信号进行射频预选、低噪声放大、下变频混频和中频滤波、放大，输出为中频信号，作为AD采样与存储硬件模块的输入；
[0031]6、AD采样与存储模块，用于根据控制设备的参数设置，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，最终形成所需的原始回波数据；
[0032]7、频率源模块，包括至少两台模拟信号发生器。根据控制设备的参数设置，一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号；
[0033]8、定时器模块，用于根据控制设备的参数设置，一方面为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，另一方面为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号；
[0034]9、控制设备，与上述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块、频率源模块、定时器模块相连接，用于对上述硬件设备进行配置后，通过协调运行进行宽频多通道相参雷达成像仿真。
[0035]该控制设备通过接口总线LXI (LAN)与上述其他硬件模块进行IO通信连接，其中上述硬件模块中的基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、频率源模块、定时器模块均采用通用仪器设备构成，符合美国国家仪器NI (National Instrument)公司的虚拟仪器软件构架 VISA (Virtual Instrument SoftwareArchitecture)标准协议，控制设备通过VISA应用程序接口对其进行控制；硬件模块中的接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块采用定制设备构成，其应用程序接口也按照VISA标准协议定制以被控制设备控制。因此，控制设备均以VISA标准协议进行设备控制。
[0036]在上述实施例BMCIRS系统的基础上，本发明还提供了一种上述BMCIRS系统的控制方法。请参照图3，该控制方法由上述的控制设备执行，包括:
[0037]步骤A:接收用户输入的系统工作模式信息，即系统工作发射通道个数N和接收通道个数M，其中，该系统工作模式信息至少包括以下方案中的一种:单发单收，N=LM=I工作模式、单发多收，N= 1，M> 2工作模式、多发单收，NS 2，M= I工作模式、多发多收，N≥2，M≥2工作模式；
[0038]步骤B:根据该系统工作模式信息对相应的硬件设备进行配置和初始化设置，如果选择单发单收工作模式，则执行步骤BI ;如果选择单发多收工作模式，执行步骤B2 ;如果选择多发单收工作模式，执行步骤B3 ;如果选择多发多收工作模式，执行步骤B4 ；
[0039]子步骤BI，按照单发单收工作模式配置设备，该子步骤又包括:
[0040]分步骤Bla，配置一台波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0041]分步骤Blb，配置与上述波形发生器配套的一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0042]分步骤Blc，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路；
[0043]分步骤Bid，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道；
[0044]分步骤Ble，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0045]分步骤Blf，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ;
[0046]执行完上述Bla至Blf之后，BMCIRS系统硬件结构如图4_1所示。
[0047]子步骤B2，按照单发多收工作模式配置设备，该子步骤又包括:
[0048]分步骤B2a，配置一台任意波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0049]分步骤B2b，配置一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0050]分步骤B2c，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路；
[0051]分步骤B2d，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M < L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M >L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道；
[0052]分步骤B2e，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0053]分步骤B2f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0054]分步骤B2g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ;
[0055]执行完上述B2a至B2g之后，，BMCIRS系统硬件结构如图4_2所示。
[0056]子步骤B3，按照多发单收工作模式配置设备，该子步骤又包括:
[0057]分步骤B3a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；
[0058]分步骤B3b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B3d ；
[0059]分步骤B3c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0060]分步骤B3d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路；
[0061]分步骤B3e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道；
[0062]分步骤B3f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0063]分步骤B3g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ;
[0064]执行完上述B3a至B3g之后，，BMCIRS系统硬件结构如图4_3所示。
[0065]子步骤B4，按照多发多收工作模式配置设备，该子步骤又包括:[0066]分步骤B4a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；
[0067]分步骤B4b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B4d ；
[0068]分步骤B4c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0069]分步骤B4d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路；
[0070]分步骤B4e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M < L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M >L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道；
[0071]分步骤B4f，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0072]分步骤B4g，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；
[0073]分步骤B4h，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C ; [0074]执行完上述B4a至B4g之后，，BMCIRS系统硬件结构如图4_4所示。
[0075]步骤C:接收用户输入的系统工作参数集，通过约束方程组对系统工作参数集中的参数进行参数可行性分析，反馈给用户进行修改，直到系统工作参数集符合要求；
[0076]系统工作参数集中的参数用于生成各硬件模块设备的输入控制参数，包括系统工作频率f。、带宽B、脉冲宽度τ、采样频率fs、脉冲重复频率PRF、峰值发射功率Pt、天线增益G、方位波束宽度0a、俯仰波束宽度Θ。，平台速度V、平台高度H、入射角范围Φ e [Φ17Φ2]、接收机噪声系数Fn、系统损耗Ln、接收机下变频本振频率&、中频输出频率A、发射通道个数N和接收通道个数M等参数；约束方程组包括:
【权利要求】
1.一种宽频多通道相参雷达成像BMCIRS系统，其特征在于，包括: 基带信号产生模块，包括至少一台任意波形发生器，每台任意波形发生器占用一个发射通道； 正交调制上变频模块，包括至少一台矢量微波信号源，每台矢量微波信号源占用一个发射通道，与该通道处构成基带信号产生模块的一台任意波形发生器配套使用； 发射端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块； 接收端通道切换模块，包括一台多通道微波开关设备，该多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块； 接收机下变频模块，包括至少一台多通道下变频器，其第一输入端连接至频率源模块的输出端，其第二输入端连接至接收端通道切换模块的输出公共端，其输出端连接至AD采样与存储模块； AD采样与存储模块，用于在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，形成所需的原始回波数据； 频率源模块，包括至少两台模拟信号发生器，其中，一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号； 定时器模块，用于为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，并为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号；以及` 控制设备，与上述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、接收机下变频硬件模块、AD采样与存储硬件模块、频率源模块、定时器模块相连接，用于对上述硬件设备进行配置后，通过协调运行进行宽频多通道相参雷达成像仿真。
2.根据权利要求1所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述基带信号产生模块、正交调制上变频模块、发射端通道切换模块、接收端通道切换模块、频率源模块、定时器模块符合美国国家仪器NI公司的虚拟仪器软件构架VISA ； 所述控制设备通过接口总线LXI或LAN与上述其他硬件模块进行IO通信连接，并通过VISA应用程序接口对其进行控制。
3.根据权利要求1所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述基带信号产生模块中，所述任意波形发生器用于根据用户输入的数字波形序列，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，通过DA合成转换成模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号； 所述正交调制上变频模块中，所述矢量微波信号源用于对与其配套的任意波形发生器输出的模拟基带发射信号波形和相应的脉冲包络信号做正交调制和脉冲调制，产生已调射频脉冲信号及其脉冲包络。
4.根据权利要求3所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述发射端通道切换模块中，所述该多通道微波开关设备的输入公共端连接正交调制上变频模块输出的已调射频脉冲信号，多个输出端分别连接并将射频信号输出至不同的发射机功放模块，工作时，根据接收控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行射频信号在微波开关设备中不同通路的切换，射频信号被导通至不同的发射机功放进行功率放大，并通过发射天线辐射出去； 所述接收端通道切换模块中，所述多通道微波开关设备的多个输入端子连接不同的接收天线，输出公共端连接接收机下变频模块，工作时，根据接收到的控制设备发送的控制指令，以定时器模块输出的开关选通信号作为触发信号，进行不同天线处接收信号在微波开关设备中的通路切换，射频信号被分时导通至接收机下变频模块。
5.根据权利要求4所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述接收机下变频模块中，所述多通道下变频器以频率源模块输出本振信号作为混频信号，对接收端通道切换模块输出的、接收天线接收到的射频信号进行射频预选、低噪声放大、下变频混频和中频滤波、放大，输出为中频信号，作为AD采样与存储硬件模块的输入；所述AD采样与存储模块，用于根据控制设备的参数设置，在外部定时器的触发下，以频率源模块输出的外采样时钟信号作为采样时钟，对接收机下变频模块输出的中频信号进行高速数据采集和记录，最终形成所需的原始回波数据。
6.根据权利要求5所述的BMCIRS系统，其特征在于: 所述频率源模块中，所述至少两台模拟信号发生器的一台模拟信号发生器为接收机下变频模块提供本振信号输入，另一台模拟信号发生器为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供外采样时钟信号； 所述定时器模块，用于一方面为基带信号产生模块和AD采样与存储模块提供触发输入脉冲，另一方面为发射端通道切换模块和接收端通道切换模块提供开关选通信号。
7.一种BMCIRS系统的控制方法，用于控制权利要求1至6中任一项所述的BMCIRS系统，其特征在于，由所述控制设备执行，包括: 步骤A:接收用户输入的系统工作模式信息，即系统工作发射通道个数N和接收通道个数M ; 步骤B:根据该系统工作模式信息对相应的硬件设备进行配置和初始化设置； 步骤C:接收用户输入的系统工作参数集，通过约束方程组对系统工作参数集中的参数进行参数可行性分析，反馈给用户进行修改，直到系统工作参数集符合要求； 步骤D:接收用户输入的“发射信号参数”集，进行发射信号预失真校正，导出发射信号预失真数字波形文件，并将发射信号预失真数字波形文件作为参数文件发送给基带信号产生丰吴块； 步骤E:将系统工作参数集的各控制参数发送至相应的硬件模块中去；将发射信号预失真数字波形文件发送到基带信号产生模块； 步骤F，指示各设备按照输入控制参数进行参数配置，并接收硬件设备反馈运行参数，进行系统校验，以消除参数设置中的错误和冲突；以及 步骤G，控制设备向各硬件设备发送启动指令，开始宽频多通道相参雷达成像仿真。
8.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为单发单收，即N= 1，M= I时，所述步骤B包括: 分步骤Bla，配置一台波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤Blb，配置与上述波形发生器配套的一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤Blc，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路； 分步骤Bid，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道； 分步骤Ble，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤Blf，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化。
9.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为单发多收，即N = 1，M > 2时，所述步骤B包括: 分步骤B2a，配置一台任意波形发生器构成基带信号产生模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B2b，配置一台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B2c，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路； 分步骤B2d，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M < L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M > L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道； 分步骤B2e，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B2f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤B2g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化；执行步骤C。
10.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为多发单收，即，N≥2，M = I时，所述步骤B包括: 分步骤B3a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B3b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B3d ； 分步骤B3c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B3d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，令其K条通道中的任意一条被激活作为接收通路； 分步骤B3e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，令其L条通道中的任意一条被激活作为采样通道； 分步骤B3f，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤B3g，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化。
11.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，当所述步骤A中所选择的系统工作模式为多发单收，即，N≥2，M = I时，所述步骤B包括: 分步骤B4a，配置两台任意波形发生器构成基带信号产生模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B4b，配置两台矢量微波信号源构成正交调制上变频模块的两个通道，并向其发送指令，令其初始化；当用户输入的系统工作模式信息N = 2时，执行步骤B4d ； 分步骤B4c，配置一台微波开关网络设备构成发射端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B4d，配置一台通道个数为K的多通道下变频器构成接收机下变频模块，并向其发送指令，当M < K情况下，令其M条通道被激活作为接收通路，当M > K情况下，令其全部K条通道被激活作为接收通路； 分步骤B4e，配置一台通道个数为L的多通道高速数据采集与记录器构成AD采样与存储模块，并向其发送指令，当M ≤ L情况下，令其M条通道被激活作为采样通道，当M > L情况下，令其全部L条通道被激活作为采样通道； 分步骤B4f，配置一台微波开关网络设备构成接收端通道切换模块，并向其发送指令，令其初始化； 分步骤B4g，配置两台模拟信号发生器分别作为外采样时钟频率源和下变频本振频率源构成频率源模块，并向其发送指令，令其初始化；以及 分步骤B4h，配置一台脉冲信号发生器构成定时器模块，并向其发送指令，令其初始化。
12.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤C中: 所述系统工作参数集中的系统工作参数包括系统工作频率f。、带宽B、脉冲宽度τ、采样频率fs、脉冲重复频率PRF、峰值发射功率Pt、天线增益G、方位波束宽度Θ a、俯仰波束宽度Θ。，平台速度V、平台高度H、入射角范围Φ e [Φ17 Φ2]、接收机噪声系数Fn、系统损耗Ln、接收机下变频本振频率&、中频输出频率A、发射通道个数N和接收通道个数M ； 所述约束方程组包括:
13.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤D中: 所述“发射信号参数”集包括信号编码方式、信号带宽B、信号脉宽τ、D/A采样频率Fs， 所述步骤D包括: 子步骤Dl，根据“发射信号参数”集中的信号带宽和D/A采样频率参数，将信号带宽划分为多个离散频点fp = PA，其中P e [I,P]表示第P个频点；对某个离散频点fp，生成该频点的理想连续波信号数字波形； 子步骤D2，对子步骤Dl所得到的对应频点fp的理想连续波信号数字波形，基带信号产生硬件模块通过DA合成将其转化为模拟信号，并作为正交调制上变频硬件模块的正交调制输入，输出已调射频信号； 子步骤D3，对子步骤D2所得到的已调射频信号，使用信号观测设备进行测量，其测量值作为该离散频点的测量值Y (fp); 子步骤D4，依次遍历P e [I, P]的所有频点，执行Dl~D3的过程，得到测量[y (f\)，…，Y (fp),…Y `(fp)]，并通过与理想波形的幅度相位比较，解算出各频点的幅度预失真校正值[A(f\)，…，A(fp)，"Kfp)]和相位校正值U)，…炉U,)]; 子步骤D5，以子步骤D4所得到的结果作为校正值，首先根据“发射信号参数”集生成理想基带发射信号数字波形，通过Fourier变换获得其频谱s (fp)，使用校正值进行预失真幅度和相位校正;最后再对预失真校正后的频谱序列进行逆Fourier变换，即得到发射信号预失真数字波形文件，并将其导出，作为基带信号产生模块的输入参数文件。
14.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤E包括: 子步骤El，将工作频率参数f。发送给正交调制上变频模块，作为其输入参数； 子步骤E2，将发射通道个数参数N发送给发射端通道切换模块，作为其输入参数； 子步骤E3，将接收通道个数参数M发送给接收端通道切换模块，作为其输入参数； 子步骤E4，将工作频率参数f。、接收机噪声系数参数Fn发送给接收机下变频模块，作为其输入参数； 子步骤E5，将脉冲宽度参数τ、采样频率参数fs、脉冲重复频率参数PRF发送给AD采样与存储模块，作为其输入参数； 子步骤E6，将接收机下变频本振频率参数&发送给频率源模块，作为其输入参数；子步骤E7，将脉冲重复频率参数PRF发送给定时器模块，作为其输入参数；以及子步骤ES，将步骤D得到的发射信号预失真数字波形文件作为参数文件，发送给基带信号产生模块。
15.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤F包括:子步骤F1，控制设备从各硬件模块中读取反馈的设备参数集F(i31;…，β,，…^^)，其中，β,表示第q个设备反馈的用户变量，qe [1，Q]，Q表示控制设备所能控制的最大设备数目； 子步骤F2，对反馈设备参数集F(i31;…，β,，…i3Q)与发送给设备的控制参数集f(a1?…，a,，…a Q)进行比较，其中％表示控制设备发送给第q个设备的控制参数；子步骤F3，根据比较结果进行处理，包括: 分步骤F3a，当设备q无反馈参数，则判定该设备未成功通信，反馈用户进行连接；分步骤F3b，当设备q的反馈参数β q与发送给其的控制参数a q不相等，则判定该设备参数设置错误，反馈用户进行修改；以及 分步骤F3c，当所有设备均有反馈参数，且反馈参数与发送给其控制参数相等，则判定所有设备通信成功，参数设置正确，执行步骤G。
16.根据权利要求7所述的BMCIRS系统控制方法，其特征在于，所述步骤G包括: 子步骤G1，向定时器模块发送启动指令，令其输出定时脉冲； 子步骤G2，向频率源模块发送启动指令，令其输出外采样时钟信号和接收机下变频本振信号； 子步骤G3，向基带信号产生模块发送启动指令，令其接收定时器模块输出的定时脉冲和频率源模块输出的外采样时钟信号，输出基带发射信号和包络信号； 子步骤G4，向正交调制上变频模块发送启动指令，令其接收基带信号产生模块输出的基带发射信号和包络信号，并进行正交调制，输出已调射频信号； 子步骤G5，向发射端通道 切换模块发送启动指令，令其接收定时器模块输出的开关选通脉冲，进行通道切换，将已调射频信号切换到相应发射通道的发射机功放上去，并通过发射天线辐射出去； 子步骤G6，向接收端通道切换模块发送指令，令其接收定时器模块输出的开关选通信号脉冲，对相应接收通道接收天线接收到的射频信号进行通道切换； 子步骤G7，向接收机下变频模块发送启动指令，令其接收来自接收端通道切换模块输出的射频信号和频率源模块输出的下变频本振信号，对射频信号其进行射频预选、低噪声放大、下变频混频和中频滤波、放大，输出为中频信号； 子步骤G8，向AD采样与存储模块发送启动指令，令其接收定时器模块输出的定时脉冲和频率源模块输出的外采样时 钟信号，对接收机下变频模块输出的中频信号进行采样，并保存成原始回波采样数据。
【文档编号】G05B19/042GK103630894SQ201310218993
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】谭维贤, 韩阔业, 丁振宇, 王彦平, 洪文 申请人:中国科学院电子学研究所
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