【摘要】：交會對接雷達(dá)是航天器交會對接過程中必不可少的測量敏感器件,在對接過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。交會對接雷達(dá)信號模擬器是為了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中構(gòu)建閉環(huán)交會對接仿真場景,實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)整體性能測試而設(shè)計(jì)的專用地面檢測設(shè)各之一。本文在中頻雷達(dá)信號模擬器整體研究和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了提高模擬器瞬時(shí)模擬精度與信號同步精度兩方面內(nèi)容。首先本文仔細(xì)研究了交會對接雷達(dá)系統(tǒng)基本工作原理,介紹了測量信號的傳輸協(xié)議。然后分析了交會對接過程中追蹤航天器和目標(biāo)航天器的相對運(yùn)動過程。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的信號模擬器設(shè)計(jì)方案。方案設(shè)計(jì)包括模擬器信號發(fā)射通道,接收通道和上位機(jī)數(shù)據(jù)交互等三部分。其次為了實(shí)現(xiàn)較真實(shí)的對接過程信號模擬,本文對航天器間相對運(yùn)動軌跡進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了相對靜態(tài)和相對動態(tài)下上行數(shù)據(jù)鏈和下行數(shù)據(jù)鏈模擬信息構(gòu)建。并且針對在傳統(tǒng)連續(xù)波信號模擬瞬時(shí)精度低缺點(diǎn),提出了高速可變延時(shí)控制方案,提高了雙向測距體制下信號模擬精度和鐘差控制精度同時(shí)保證了數(shù)據(jù)通道較低的誤碼率。然后還對模擬過程中誤差進(jìn)行了分析,對主要產(chǎn)生誤差項(xiàng)進(jìn)行了優(yōu)化。之后,本文研究了信號接收模塊,考慮到實(shí)際情況下被測設(shè)備輸入信號信噪比變化,設(shè)計(jì)了一種簡單有效便于FPGA實(shí)現(xiàn)的的自適應(yīng)門限檢測方法,對于載波和偽碼跟蹤采用了鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的模式以及載波跟蹤環(huán)路輔助偽碼跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì),保證了載波和碼元的跟蹤速度和精度,并且為了提高偽距測量精度引入了載波相位測量,利用FPGA高速并行運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn),改進(jìn)偽距測量算法,提高偽距測量精度和鐘差計(jì)算精度。最后,本文結(jié)合設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)的給出了基于FPGA的信號模擬器邏輯設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和模塊的仿真測試結(jié)果。然后,聯(lián)合上位機(jī)調(diào)試進(jìn)行測試,驗(yàn)證了模擬器在雙向系統(tǒng)測試中時(shí)鐘差,距離和速度計(jì)算正確后,通過簡單的幾個(gè)運(yùn)動模型對模擬器進(jìn)行了靜態(tài)測試和動態(tài)測試,驗(yàn)證了改進(jìn)和優(yōu)化后算法實(shí)際性能,并實(shí)現(xiàn)了模擬器相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求。
【圖文】：

圖 2.7 雷達(dá)信號模擬器總體設(shè)計(jì)方案信號模擬器主要包括信號接收單元、信號模擬單元、信號處理單元以及上位機(jī)控制示單元四部分組成。模擬器收發(fā)通道通過同軸電纜與雷達(dá)連接完成模擬信號的發(fā)射和收，上位機(jī)用于控制交互，對模擬參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和測試結(jié)果輸出顯示，信號數(shù)處理單是雷達(dá)模擬器的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)接收處理雷達(dá)信號并做相關(guān)運(yùn)算處理。并根據(jù)輸入的態(tài)環(huán)境參數(shù)模擬輸出帶有模擬距離、速度的信號。接收通道信號經(jīng)過處理后，由 AD 采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)發(fā)送給 FPGA，由 FPGA數(shù)字信息進(jìn)行處理完成對目標(biāo)信號的 FFT 快速搜索、捕獲，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)信號的精確穩(wěn)跟蹤，通過偽碼延遲鎖定環(huán)路鎖定偽碼測量偽距，用載波鎖相環(huán)路鎖定載波頻率，通位同步幀同步完成對信息的提取處理。應(yīng)根據(jù)測量信息計(jì)算鐘差動態(tài)變化，將結(jié)果輸?shù)桨l(fā)射通道做相應(yīng)的調(diào)整，保證鐘差精度。PC 機(jī)主要負(fù)責(zé)完成相應(yīng)模擬參數(shù)的計(jì)算和數(shù)據(jù)交互與顯示。上位機(jī)將輸入的模擬數(shù)或者不同環(huán)境下的平面軌道位置信息通過相應(yīng)的算法轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬控制信息，過串口加載到 FPGA 硬件電路緩存單元中，F(xiàn)PGA 讀取相應(yīng)的信息，生成實(shí)時(shí)的模擬號。并且 FPGA 將本身的運(yùn)行狀態(tài)，解調(diào)信息等數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行顯示與評估。

第 3 章 動態(tài)信號模擬分析與設(shè)計(jì)第 3 章 動態(tài)信號模擬分析與設(shè)計(jì)信號模擬器的跟蹤精度，模擬精度和信號模擬的誤差校正都是本文設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，模擬雷達(dá)信號時(shí)需要根據(jù)輸入的仿真參數(shù)實(shí)時(shí)動態(tài)的模擬信號的變化并能夠接收鎖定雷達(dá)的反饋信號。本章首先根據(jù)相對運(yùn)動軌跡建立模擬偽距模型，然后對信號的高精度延時(shí)進(jìn)行分析，，設(shè)計(jì)出高精度偽距延時(shí)方案，并對模擬過程中影響偽模擬距精度的因素進(jìn)行分析。3.1 雙向測距建模3.1.1 模擬軌跡建模分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V526;V416

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2674625