基于虛擬儀器技術(shù)的無(wú)線(xiàn)電高度表動(dòng)態(tài)測試系統

摘要：從無(wú)線(xiàn)電高度表工作原理的分析與研究出發(fā)，提出了基于虛擬儀器技術(shù)和I／Q調制器的無(wú)線(xiàn)電高度表動(dòng)態(tài)測試系統的總體設計，同時(shí)對測試數據的處理理論進(jìn)行了一定的分析和研究。結合高度表測試實(shí)例，采用基于數據采集卡的虛擬儀器方式完成了系統的構建。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；無(wú)線(xiàn)電高度表；I／Q調制器；差拍信號

O 引言
無(wú)線(xiàn)電高度表是飛航式反艦導彈的重要測量元件，其性能決定了導彈縱向彈道的控制品質(zhì)。對于超低空掠海飛行的導彈，無(wú)線(xiàn)電高度表反射回波的頻譜結構比較復雜，導彈運動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)之間有相對運動(dòng)，使得各反射點(diǎn)的多卜勒頻率不同，有可能在接收機形成差拍(稱(chēng)二次多卜勒效應)，結果是合成回波信號的頻譜展寬；由于回波信號振幅的起伏也能形成頻譜的調制分量。信號雜波的交叉調制會(huì )使差拍信號的頻譜純度及波形發(fā)生畸變，導致計數器計數錯誤，從而使高度表輸出高度錯誤，嚴重時(shí)使導彈提前入水。
本文從無(wú)線(xiàn)電高度表工作原理的分析與研究出發(fā)，完成了基于虛擬儀器的無(wú)線(xiàn)電高度表動(dòng)態(tài)測試系統總體設計，該方案可以全面模擬無(wú)線(xiàn)電高度表動(dòng)態(tài)工作過(guò)程，提早發(fā)現高度表故障。

1 無(wú)線(xiàn)電高度表原理
無(wú)線(xiàn)電高度表的工作方式有脈沖和調頻連續波2種。目前國外基本采用脈沖方式，國內基本采用調頻連續波方式。調頻連續波的調制方式有3種：正弦波調制、三角波調制、鋸齒波調制，目前國內反艦導彈上使用的無(wú)線(xiàn)電高度表，采用的調制方式都是鋸齒波調制。
圖1說(shuō)明了以鋸齒波調制方式工作的雷達高度表獲取差拍信號的基本原理，設發(fā)射信號為鋸齒調頻連續波。Tm為調頻周期，其值遠大于最大作用距離處目標回波時(shí)延Tr。B為調頻帶寬，fo為中心頻率，k=B／T為調頻斜率，不考慮目標的運動(dòng)，即目標的徑向速度v=0。圖1(a)表示信號的頻率-時(shí)間關(guān)系，實(shí)線(xiàn)代表發(fā)射信號，虛線(xiàn)代表回波信號，波形與發(fā)射信號相似，只是在時(shí)間上，相對于發(fā)射信號有Td=2H／c的時(shí)延，該時(shí)延與導彈相對于地面／海面的實(shí)際高度成正比，通過(guò)對時(shí)延測量，即可達到測量高度的目的。

將發(fā)射信號與回波信號進(jìn)行混頻得到差拍信號。圖1(b)示出了差拍信號fb的頻率-時(shí)間關(guān)系，由圖可看出，差拍信號存在2個(gè)恒定頻率段AB和BC，BC段頻率為B-fb，時(shí)寬為T(mén)d，AB段為有效段，時(shí)寬為T(mén)m-Td，在差拍信號中占主要成分。由圖1(b)可得，有效段內差拍信號頻率為：

即有效時(shí)段內的差拍信號頻率與回波時(shí)延(或與目標的距離)成正比，因此只要求得有效段內的差拍信號頻率，即可得到目標的距離。
在雷達高度表中，回波信號來(lái)自天線(xiàn)波束照射的整個(gè)海表面。通常設這個(gè)表面包含大量獨立的隨機散射體，而每個(gè)散射體的散射中心相對于雷達高度表發(fā)射天線(xiàn)的距離是不同的。這樣總回波信號就相當于不同延遲、在幅度上被散射系數σ和天線(xiàn)方向圖加權了的大量回波的合成。
第i個(gè)散射體回波形成的差拍信號輸出(經(jīng)低通濾波)為：

經(jīng)分析可得，在面目標情況下，鋸齒波調制時(shí)，第i個(gè)散射單元回波譜為：