綜合化傳感器的半實物仿真與測試驗證平臺

肖凱戈 高祥 朱昌洪 楊金金 楊艷

摘要??? 針對傳感器綜合化和一體化的發展趨勢，提出射頻前端復用的思想，建立相參多通道的多體制目標和信號半實物仿真平臺。該平臺支持海、陸、空、天目標的模擬，支持最多50個目標的復雜場景構建，可滿足多個動靜態目標的實時狀態切換。該平臺由行為控制單元、信號資源模型庫、基帶信號生成子系統、相參上變頻子系統和多通道相參校準模塊組成，可通過線饋和空饋的方式對設備和系統進行測試驗證。

【關鍵詞】綜合化傳感器 半實物仿真 多通道相參

1 概述

隨著航空技術的發展，為避免多傳感器在同一平臺下相互干擾、體積龐大的問題，提出了航電綜合化的概念，使所有設備的射頻前端共用同一套系統，將射頻信號轉化為數字信號傳給各個子系統后再進行處理，提供例如探測、追蹤、火控、通信、導航等功能。再通過航空總線技術實現航空電子各子系統之間、通用模塊之間的數據分析功能，以實現減輕介質的重量、降低復雜性，支持系統過程控制和狀態管理。

通常電子總體系統的各個子系統測試為獨立完成，無法支持航電綜合化后的系統測試，只能在試飛試航后才能發現問題。這種情況不僅消耗大量人力、物力和財力，而且評估效果低，對出現的問題故障無法定量分析。

半實物仿真系統又稱為硬件再回路仿真系統。它是將數學模型、實體模型和物理設備聯系在儀器的一種仿真系統，是計算機仿真與物理效應仿真相結合的產物。半實物仿真具有縮短研制周期、提高系統研制質量、降低研制成本等優點，在仿真驗證和測試測量領域有著重要的作用。

2 系統組成

綜合化傳感器半實物仿真與測試驗證平臺采用基于數字波束合成技術測向體制和干涉儀測向體制下的各功能線程提供射頻信號激勵，主要用于功能測試驗證和指標測試驗證等相關試驗工作。系統可以用來產生用戶所需要的復雜任意波形，并且具備多個通道的相參信號產生，以及運動目標的場景模擬等功能。如圖1所示。

系統模擬軟件平臺運行于計算機上，它能夠控制系統中的儀器和相應的軟件，該軟件中包含系統中控制所需儀器的各種底層驅動和接口軟件，能夠實時讀取和顯示當前系統中各部分的工作狀態，工作參數等信息，然后把通用目標信號庫中產生的波形數據下發到硬件模塊中，用戶還可以通過軌跡和航跡模擬軟件對目標狀態描述，包括多普勒、時延、坐標位置信息等參數，并根據輸入的航跡產生動態信號，通過平臺軟件下發。

通用目標庫用來產生用戶所需要的波形，包括常用的雷達信號，數字調制信號等。同時還提供專用信號模型庫的接口，通過信號庫可以產生雷達信號、數字調制信號、通信信號、衛星信號、測控信號、電子戰信號以及其它形式的任意信號。目標軌跡和航跡模擬軟件可模擬被測目標的目標特征，包括速度、位置、天線方向、RCS等特征，根據提供的慣導信息或者坐標信息模擬運動軌跡。

系統軟件產生的信號下載到基帶任意波形模塊，通過觸發控制可以實現多通道同步相參輸出。系統觸發可以采用內部觸發和外部觸發兩種方式。頻率擴展模塊的作用可將信號搬移到指定頻率。信號調理與校準網絡是對基帶任意波形模塊輸出信號的功率范圍進行調整，同時網絡也通過信號的切換、耦合和分配實現系統的自動校準與補償。校準系統通過寬帶示波器和網絡分析儀來對多種連接電纜，信號調理器，信號校準網絡等外部設備引起的通道間幅度，相位和延時的誤差。

3 系統實現與功能

系統平臺軟件包含場景設置，信號設置，儀器設置三大功能。在該軟件上可以根據需要設置所需要的場景模式，以及場景中每個目標信號的特性

在場景設置下，用戶可以根據需要設置目標的數目，運動模式和軌跡，信號特性和工作模式。客戶可通過可視化的界面來設置模擬場景，既可以顯示目標動態的運動軌跡，也可以根據需要顯示天線的掃描狀態。用戶還可以根據需要只顯示目標的運動軌跡，顯示方式還可以切換為直角坐標的形式。

信號配置的基本配置信息有：信號名稱以及信號類型。信號類型包含上述提到的所有信號，其中信號類型是雷達信號時，必須對頻率類型、重頻調制以及脈內調制進行配置，借此來確定該信號完整類型，并且在配置界面中顯示該信號的完整配置項。

儀器設置可根據系統所需儀器自動調用和配置相關參數，包含系統中控制所需儀器的各種底層驅動和接口軟件，能夠實時讀取和顯示當前系統中儀器、開關舉證等各部分的工作狀態，工作參數等信息。

4 結論

綜合化傳感器半實物仿真與測試驗證平臺可實現多波束數字波形合成功能，在完成綜合化前端傳感器的測試提供可靠高效的測試環境，在注入式測試下，可定性定量對被測系統進行驗證，為設計和生產階段提供有力保障。

系統基于模塊化設備搭建，在軟件定義無線電思想下完成了從設想到半實物的突破。靈活的架構也提供了可快速升級通道數、頻段，也方便客戶進行自定義二次開發，為各種場景和環境的使用提供了便利的條件。

參考文獻

[1]郭淑霞，董中要，劉孟江，高穎.復雜電磁環境模擬技術研究[J].國外電子測量技術，2013（07）：21-25.