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月球着陆器雷达回波模拟器

为了实现软着陆,需要通过雷达探测月球表面,获取雷达的高度、速度矢量等信息,本回波模拟器用于模拟月面的雷达回波,供模拟器调试使用。

功能要求

为了实现软着陆,需要通过雷达探测月球表面,获取雷达的高度、速度矢量等信息,本回波模拟器用于模拟月面的雷达回波,供模拟器调试使用。

雷达按预定轨迹接近月面,多个波束轮流交替工作。模拟器按照设定的着陆器轨迹、波束切换时序及雷达工作模式预先产生回波数据,工作时进行回波数据的回放,产生IQ两路基带回波信号。整个距离范围划分多段模拟。

指标要求

1) 中心频率:Ka

2)      体制:脉冲压缩,脉冲多普勒

3)      单路输出信号带宽:60MHz

4)      单路输出功率:3dBm

5)      IQ两路相位不一致性(点目标): 6°

IQ两路幅度不一致性(点目标):  0.5dB

6)       距离量程:2m32km

7)        速度量程:-2000m/s2000m/s

8)        入射角范围:-45°90°

模拟原理与系统组成

月面回波是分布式目标,其回波强度取决于雷达波束的照射面积、雷达视角及月面散射系数。本模拟器需要模拟一维距离高分辨的月面回波,因此需要计算每个高分辨散射点的回波强度。回波区域建模如下图所示。


模拟器系统采用数据回放的工作方式,即首先计算回波数据并存储,然后将存储的回波数据实时地回放出来。本模拟器的工作原理如下图所示。

模拟器的工作原理框图

该系统包括二部分:回波数据产生软件和数据回放系统。回波数据产生软件是用来产生本模拟器需要的回波数据文件,数据回放系统将得到的回波数据文件实时地根据外界的控制回放出来。

数据回放系统包括缓存模块、数据变换模块和DAC模块。其中,缓存模块存储了一次需要回放的所有时间的回波数据;数据变换模块根据外界的控制信息将缓存模块中的回波数据按照时间顺序依次读出来,经过内差处理后送给DAC模块;DAC模块接收数据变换模块传来的数字信号,并转换成模拟信号输出。

模拟器系统硬件设备组成包括CPCI机箱、主控计算机、主机板、数据回放板、接口板。系统组成框图如下


 2 模拟器系统组成框图

软件设计

模拟器软件采用VC编程环境,底层处理由matlab软件完成。软件界面如下图所示。




数据回放板卡

数据回放板采用6U标准,基于CPCI总线,板卡结构框图如下所示:

数据回放板结构框图

数据回放板由C6455 DSP、信号处理节点V4SX55 FPGA、数据升速节点V5FPGA、高速数模转换器DAC组成。信号处理节点配置不同的外部存储器。信号处理节点V4 FPGA挂接在DSPEMIFA上,配置一个容量为512MBDDR存储器。板卡对外接口除了模拟信号输出接口外,J1PCI接口、J3RapidIO接口、J5为自定义数据总线。

对外接口

输入接口:

1)        发射重频触发(雷达提供,5V-TTL电平,SMA);

2)        系统时钟(雷达提供):50MHz10dBm

3)        RS485接口:雷达发送状态控制字。

输出接口:

IQ两路视频SMA输出,3dBm