雷达数据校准系统

雷达数据校准系统

详细说明

一,前言

虚拟仪器技术创造了仪器仪表新概念，开辟了测控技术的新纪元。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。依靠日新月异的计算机技术，虚拟仪器给用户一个发挥自己的才能、想象力的空间。设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。同传统仪器相比，虚拟仪器具有传统仪器无法比拟的优点。虚拟仪器的用户可自己设计和定义功能，满足特殊的需要。与传统仪器不同，虚拟仪器的关键在软件实现，能方便的改变软件来完成不同的测试需要。

1雷达测速

测速雷达是采用多普勒效应对动目标进行测速。当目标与雷达之间存在相对速度时，接受到目标回波信号的载频相对与发射信号的载频产生一个频移，即多普勒频移，它的数值为：

f d =2v r /λ

其中：f d -----多普勒频移（hz ）

v r ----雷达与目标间的相对速度( m/s )

λ---载波波长

当目标向雷达运动时，v r >0，回波载频提高；反之v r <0；回波载频降低，雷达只要能够测量出回波信号的多普勒频移便可计算出目标的相对速度v r 。3．基于虚拟仪器的雷达测速系统硬件组成

3．1 系统的硬件组成框图

图1 系统硬件组成框图

天线及其控制系统

本文所采用的雷达系统是连续波多普勒雷达，收发天线共用。天线及其控制系统主要作用时发射连续单频的无线电磁波，同时跟踪目标，接收目标反射的回波信号，通过环流器的隔离后，通过混频器后输出多普勒频移信号，然后将多普勒频移信号输入到PXI 采集与处理系统。在本系统中采用的天线系统的多卜勒信号频率范围（测速范围）：2K～140K

（30～2000m/s），输出电压幅度范围：±10V，输出信号带宽：0-200KHz。触发启动器输出

一个整形脉冲触发信号。其输出电平幅度：±5V，信号宽度为微秒极。

数据采集模块

在数据采集领域中，各大仪器公司开发出了各种各样的数据采集模块。有基于种PC 机总线的PC-DAQ 数据采集卡，也有基于VXI 总线和PXI 总线的各种数据采集模块。但

是，在GPIB、PC-DAQ 和VXI 三种VI 体系结构中，GPIB 实质上是通过计算机对传统仪器功能的扩展与延伸；PC-DAQ 直接利用了标准的工业计算机总线，没有仪器所需要的总线性能；而第一次构建VXI 系统尚需较大的投资强度。PXI 这种新型模块化仪器系统是在PCI 总线内

核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足试验和测量用户的要求。基于PXI 总线的数据采集模块的最高同步采集频率达10MS/s，数据传输率达132Mb/s ，能很好地满足现有测试项目的所有要求。在这里，我们采用NI 公司

的PXI…6115 数据采集模块。其采样频率：同步采集最高10MS/s(大于10 倍的信号输入频率，远远满足采样定理)；垂直精度：12 位

计算机控制模块

采用NI公司PXI－1000B机箱，拥有8个PXI插槽，零槽控制模块采用PXI-PCI833X 。

NI 公司的PXI-PCI833X 产品通过采用MXI-3 技术，使得普通PC 机可以通过透明的硬件和软件

连接，直接对PXI 系统进行控制。还可以使用PXI-8330 和PXI-8335 模块完成多PXI 机箱连接使用。

MXI-3 采用的是标准PCI-PCI 桥技术及1.5Gb/s 高速串口连接，为PXI 控制引入了更加快速方便的扩展方式。

采用铜缆或光纤进行连接至计算机系统。通过计算机系统还可连接至网络

测控系统实现远地测试整个雷达测试系统软件分为系统试验参数设置、数据（多谱勒信号）采集、数据FFT

处理、数据文件管理四个模块。

图2 系统软件组成框图

数据采集：

测试实时采集，输入试验测试条件、试验测试参数（包括天线频率、信号输

入量程等），并对测试所采用的数据通道、触发电平脉冲、采样时间（触发采集、时间结束）、采样频率、采样方式等进行设置。对数据采集硬件模块进行驱动。同时自动等待信号触发并存储原始采集的天线输出的多谱勒信号及相关的各种参数信息。

图3数据采集模块

数据处理：

窗函数及FFT 谱分析

在用FFT 运算对离散信号进行变换的过程中，会引起“谱泄露”现象，加窗就是为了减小“谱泄露”的影响。对某个特定的信号，选择一个合适的窗函数并不是一件容易的事情。

窗函数越宽，抑制杂波能力越强，越窄，分辨率越高。本软件提供几种常用窗函数精心选择。

对采集得到的原始多谱勒信号进行FFT 处理，设置合适的FFT 运算数据段长度（任意输入），FFT 运算点数（或速度测量点数）可任意输入。显示处理后的瀑布图，同时可在瀑布图上进行特殊的带通数字滤波（效果显著）及FFT 平滑操作，滤掉杂波噪声干扰，并再显示滤波及平滑后的功率谱瀑布图。

图4 FFT 谱分析

速度计算

对采集后进行FFT计算的数据频率点，显示波形图（功率瀑布图、时域信号幅值图），提供ZOOM功能和光标与鼠标的搜索功能，对异常数据能进行剔除、数据平滑、功率谱分析、幅值谱分析、计算峰值频率点打印输出。利用公式v r =λf d /2 计算显示处理后的目标“速度---时间曲线”，目标初速、径向速度时间的数据波形。利用G. Math数学库及HIQ提供的直

线最小二乘拟合法对初速进行计算、修正并显示处理速度结果

图5 速度计算

数据文件管理：每次测试对应一个数据文件，当查看时，只要调出相应文件名即可。对每次数据可自由选择打印采集的原始多谱勒信号时域曲线、处理的功率瀑布图曲线、处理的V R ---T曲线及V R ---T数据，每组速度数据可建立一个文件，进行必要的组处理后，按规定的表格打印输出。

此测量系统中由于采取了有效的去极化耦合措施,具有很好的极化隔离度,能保证测得的目标RCS极化矩阵具有很好的纯度.

基于虚拟仪器的雷达测试技术在测量己微波领域具有广阔的应用前景。通过在LabVIEW 平台上开发基于PXI 平台的雷达速度测试系统，对基于虚拟仪器的雷达测量技术的内容、方法和优势有了比较深入的认识。我们开发的虚拟仪器充分利用现有的技术资源，

系统功能丰富，转换灵活，具有很高的性能价格比，在实践中取得很好的效果。