【摘要】：交會對接雷達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。交會對接雷達信號模擬器是為了在實驗室環(huán)境中構(gòu)建閉環(huán)交會對接仿真場景,實現(xiàn)對雷達整體性能測試而設(shè)計的專用地面檢測設(shè)各之一。本文在中頻雷達信號模擬器整體研究和設(shè)計的基礎(chǔ)上重點研究了提高模擬器瞬時模擬精度與信號同步精度兩方面內(nèi)容。首先本文仔細研究了交會對接雷達系統(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航天器的相對運動過程。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了相應(yīng)的信號模擬器設(shè)計方案。方案設(shè)計包括模擬器信號發(fā)射通道,接收通道和上位機數(shù)據(jù)交互等三部分。其次為了實現(xiàn)較真實的對接過程信號模擬,本文對航天器間相對運動軌跡進行了分析,推導了相對靜態(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)波信號模擬瞬時精度低缺點,提出了高速可變延時控制方案,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行了分析,對主要產(chǎn)生誤差項進行了優(yōu)化。之后,本文研究了信號接收模塊,考慮到實際情況下被測設(shè)備輸入信號信噪比變化,設(shè)計了一種簡單有效便于FPGA實現(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,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高速并行運算的優(yōu)點,改進偽距測量算法,提高偽距測量精度和鐘差計算精度。最后,本文結(jié)合設(shè)計方案,詳細的給出了基于FPGA的信號模擬器邏輯設(shè)計實現(xiàn)和模塊的仿真測試結(jié)果。然后,聯(lián)合上位機調(diào)試進行測試,驗證了模擬器在雙向系統(tǒng)測試中時鐘差,距離和速度計算正確后,通過簡單的幾個運動模型對模擬器進行了靜態(tài)測試和動態(tài)測試,驗證了改進和優(yōu)化后算法實際性能,并實現(xiàn)了模擬器相應(yīng)的技術(shù)指標要求。
【圖文】：

圖 2.7 雷達信號模擬器總體設(shè)計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連接完成模擬信號的發(fā)射和收，上位機用于控制交互，對模擬參數(shù)進行設(shè)定和測試結(jié)果輸出顯示，信號數(shù)處理單是雷達模擬器的關(guān)鍵部分，負責接收處理雷達信號并做相關(guān)運算處理。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)字信息進行處理完成對目標信號的 FFT 快速搜索、捕獲，實現(xiàn)對目標信號的精確穩(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 機主要負責完成相應(yīng)模擬參數(shù)的計算和數(shù)據(jù)交互與顯示。上位機將輸入的模擬數(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，生成實時的模擬號。并且 FPGA 將本身的運行狀態(tài)，解調(diào)信息等數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機進行顯示與評估。

第 3 章 動態(tài)信號模擬分析與設(shè)計第 3 章 動態(tài)信號模擬分析與設(shè)計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)計的關(guān)鍵，模擬雷達信號時需要根據(jù)輸入的仿真參數(shù)實時動態(tài)的模擬信號的變化并能夠接收鎖定雷達的反饋信號。本章首先根據(jù)相對運動軌跡建立模擬偽距模型，然后對信號的高精度延時進行分析，，設(shè)計出高精度偽距延時方案，并對模擬過程中影響偽模擬距精度的因素進行分析。3.1 雙向測距建模3.1.1 模擬軌跡建模分析
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V526;V416

【參考文獻】

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本文編號：2674625