海洋回波模擬與定標裝置的製作方法

2024-02-16 06:45:15

專利名稱：海洋回波模擬與定標裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海洋回波模擬與定標裝置，屬於雷達探測技術領域。
雷達的基本功能是測量目標的距離和速度，為實現這一點，雷達中通常有較複雜的信號處理系統。當一個雷達設計、製作完成後，在實驗室裡如何對該雷達的基本功能進行檢測是一項十分重要的工作。因此產生一個模擬的雷達回波來對雷達系統進行定標，不僅可以節約大量的人力、物力，而且可以大大縮短設計周期。
根據雷達探測原理，目標的距離可用下式表示S=1/2C△t(1)式中C為光速，△t為延時時間。
從上式可知，只要知道探測信號的延時時間△t，就可以計算出目標離探測點的距離。在產生模擬回波時，只需將探測信號延時一定的時間就可模擬出回波的距離信息。
根據都卜勒原理，測量目標的速度可用下式表示。V=(f2-f1)/2f1×C=△f/2f1×C (2)式中f1為探測信號頻率f2為回波信號頻率C為光速△f為都卜勒頻移從上式可知只要測出頻移△f，即可計算出目標的運動速度。要模擬目標的速度信息，模擬回波譜中除了有探測頻率的基波成分外，還應有都卜勒譜的信息。
本實用新型的目的在於提供一種海洋回波模擬與定標裝置，利用這種裝置可以產生上述兩種模擬回波，以便對高頻地波雷達進行定標。
利用高頻地波雷達探測海洋狀態信息時，由於海流的速度在幾釐米到幾十釐米數量級，因此多譜勒譜頻移很小。比如說雷達用7.5MHz/s的頻率工作，探測30cm/s的海流，其多譜勒譜頻移也只有15mHz。因此要模擬這種回波不太容易，要求模擬信號有極高的頻率穩定度。
本實用新型為了解決上述問題，採用了的技術方案如下根據Barrick導出的在深水中且無表面流的情況下的窄波束雷達一階海面回波的都卜勒雷達截面方程而得出的Bragg頻率表達式fB=0.102f0]]>給出f0就可以求出fB。
若用fB去調製模擬回波就可使回波譜中具有fB這個譜分量。從而可實現對一階譜的標定。比如用0.275Hz/s的信號去調製f0=7.286MHz的射頻就可以模擬f0=7.286MHz的布拉格頻譜。
為了解決寬頻帶範圍內頻率漂移問題，6-9MHz和726.4ms信號為系統內的相干信號，10.43-13.43MHz信號雖然不是相干信號，但它作為相鄰兩級變頻電路的本振信號，頻率漂移可以抵消。
具體說明如下一種海洋回波模擬與定標裝置，包括屏蔽盒，分頻器，調製電路和延時電路，其特徵在於在屏蔽盒兩側的面板上設有A、B、C、D、N五個插座，其中A、B、C、N為SMA插座，分別為6-9MHz信號輸入、726.4ms信號輸入；6-9MHz的模擬回波輸出，10.43-13.43MHz信號輸入；D為DB9插座，提供±12V、+5V電源；6-9MHz輸入的信號經插座A輸入到第2個調製電路的輸入端(圖2中的A),726.4ms的信號經插座B輸入到分頻電路(圖2中的B),10.43-13.43MHz信號經插座N輸入到延時電路(圖3中的N)，在分頻電路中第1個除5電路的輸出連接到第1個調製電路的H端(圖2中的H)，緊接的除10和除5，除2電路的輸出連接到開關K的第3,4,5檔，作為調製信號，由開關K控制，第1個調製電路的輸出連接到第2個調製電路的M端，第2個調製電路的輸出連接到延時電路(圖3中的G)，信號經延時電路延時384μS後連接到插座C輸出。圖1中的E為延時電路板，F為分頻調製電路板。
海洋回波模擬與定標裝置，其特徵在於所述的多檔開關K設有五檔，分別為空檔、+5V檔、除10的輸出檔、除5的輸出檔和除2的輸出檔，當開關K放在空檔位置時，6-9MHz的射頻信號經過延時384μs以後輸出模擬57.6km的距離信息，當開關K放在+5v位置時，模擬工作頻率為7.286MHz的布拉格頻譜，當開關K放在除10的輸出位置時，模擬速度為55cm/s的海流，當開關K放在除5的輸出位置時，模擬速度為11cm/s的海流。當開關K放在最後一檔時，模擬速度為5.5cm/s的海流由於超聲延時線的衰減較大，因此每延時128μs要加一級放大。兩級混頻採用熱載流子二極體平衡混頻，要求的輸入信號較大。因此10.43-13.43MHz的信號經過一級寬帶放大後作為兩級混頻級的本振信號。本振頻率之所以取10.43-13.43MHz是因為超聲延時線的中心頻率是4.43MHz。
本實用新型所採用的6-9MHz信號和726.4ms的信號出自同一個時鐘源，因此是相干信號。10.43-13.43MHz雖不是來源於本系統，但由於採用了兩次混頻，因此它所帶來的誤差可以抵消。它的作用有2，①保證在6-9MHz範圍內可對任何一個頻率信號進行模擬。②保證超聲延時線工作在4.43MHz這個最佳頻點上。
由於本實用新型利用超聲延時線對6-9MHz射頻信號延時384μs，模擬出回波的距離信息(相當於從距離為57.6Km處反射的回波)。利用本系統產生的一個低頻信號去調製本系統的射頻信號，作為模擬回波。由於本系統信號是相干的，因此頻率漂移的誤差可以抵消。另外，由於採用了相干信號作為輸入信號，從而確保了模擬信號的穩定與可靠。


圖1為本實用新型的結構示意圖，在屏蔽盒兩側的面板上設有A、B、C、D、N五個插座，其中A、B、C、N為SMA插座，分別為6-9MHz信號輸入、726.4ms信號輸入；6-9MHz的模擬回波輸出，10.43-13.43MHz信號輸入；D為DB9插座，提供±12V、+5V電源；E為延時電路板，F為分頻調製電路板。
圖2為分頻調製電路，有2個調製電路，第1個調製電路由三極體T3,T4組成，它的作用是形成調製信號，第2個調製電路由三極體T1,T2組成，它的作用是形成沒有延時的模擬回波，圖中6-9MHz輸入的信號經插座A輸入，726.4ms的信號經插座B輸入到分頻電路，在分頻電路中第1個除5電路的輸出連接到第1個調製電路的H端，作為載波信號，緊接的除10和除5，除2電路的輸出連接到開關K的第3,4,5檔，作為調製信號，由開關K控制，開關K設有五檔，分別為空檔、+5V檔、除10的輸出檔、除5的輸出檔和除2的輸出檔，當開關K放在空檔位置時，圖中的T3,T4截止，T1,T2導通,6-9MHz的射頻信號經過T2送延時電路，延時384μs以後輸出模擬57.6km的距離信息，當開關K放在+5v位置時，模擬工作頻率為7.286MHz的布拉格頻譜，當開關K放在除10的輸出位置時，模擬速度為55cm/s的海流，當開關K放在除5的輸出位置時，模擬速度為11cm/s的海流。當開關K放在最後一檔時，模擬速度為5.5cm/s的海流。
分頻電路由2塊74HC390組成。
圖3為延時電路，它包括四級場效應管放大，兩級運算放大。圖中的HSA-3M為變頻器，U10負責將6-9MHz的射頻信號變換到4.43MHz,U12負責將4.43MHz的信號變換回到6-9MHz。兩級變頻器的本振信號為同一個10.43-13.43MHz的信號，它可以是普通的信號源輸出的信號。
SBP-10(圖中的U17,U18)為6-9MHz帶通濾波器，它將輸出變頻的組合產物降低40dB。
兩塊AD811(圖中的U19,U20)組成寬帶放大。
延時線採用的彩色電視機中使用的超聲延時線，每一節延時時間為64μs。
權利要求1．一種海洋回波模擬與定標裝置，包括屏蔽盒，分頻器，調製電路和延時電路，其特徵在於在屏蔽盒兩側的面板上設有A、B、C、D、N五個插座，其中A、B、C、N為SMA插座，分別為6-9MHz信號輸入、726.4ms信號輸入；6-9MHz的模擬回波輸出，10.43-13.43MHz信號輸入；D為DB9插座，提供±12V、+5V電源；6-9MHz輸入的信號經插座A輸入到第2個調製電路的A輸入端，726.4ms的信號經插座B輸入到分頻電路B輸入端，10.43-13.43MHz信號經插座N輸入到延時電路的N輸入端，在分頻電路中第1個除5電路的輸出連接到第1個調製電路的H端，緊接的除10和除5，除2電路的輸出連接到開關K的第3,4,5檔，作為調製信號，由開關K控制；第1個調製電路的輸出連接到第2個調製電路的M端，第2個調製電路的輸出連接到延時電路的G輸入端，信號經延時電路延時384μS後連接到插座C輸出。
2．根據權利要求1所述的海洋回波模擬與定標裝置，其特徵在於所述的多檔開關K設有五檔，分別為空檔、+5V檔、除10的輸出檔、除5的輸出檔和除2的輸出檔，當開關K放在空檔位置時，6-9MHz的射頻信號經過延時384μs以後輸出模擬57.6km的距離信息，當開關K放在+5v位置時，模擬工作頻率為7.286MHz的布拉格頻譜，當開關K放在除10的輸出位置時，模擬速度為55cm/s的海流，當開關K放在除5的輸出位置時，模擬速度為11cm/s的海流。當開關K放在最後一檔時，模擬速度為5.5cm/s的海流
3．根據權利要求1所述的海洋回波模擬與定標裝置，其特徵在於10.43-13.43MHz的信號經過一級寬帶放大後作為兩級混頻級的本振信號。
4．根據權利要求1所述的海洋回波模擬與定標裝置，其特徵在於6-9MHz信號和726.4ms的信號出自同一個時鐘源，為相干信號。
專利摘要本實用新型公開了一種海洋回波模擬與定標裝置,包括屏蔽盒,分頻器,調製電路和延時電路,這種裝置可產生兩種模擬回波:①模擬探測目標距離的回波信號,它通過對射頻信號延時一個固定時間來得到;②模擬探測目標運動速度的回波信號,它根據都卜勒原理使回波譜中包含有相應的都卜勒譜的成分。本實用新型採用相干信號,保證了模擬回波信號的穩定與可靠。
文檔編號G01S7/40GK2441147SQ0023219
公開日2001年8月1日 申請日期2000年10月20日 優先權日2000年10月20日
發明者石振華, 楊子傑, 文必洋, 田建生 申請人:武漢大學