【摘要】：交會(huì)對(duì)接雷達(dá)是航天器交會(huì)對(duì)接過程中必不可少的測(cè)量敏感器件,在對(duì)接過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。交會(huì)對(duì)接雷達(dá)信號(hào)模擬器是為了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中構(gòu)建閉環(huán)交會(huì)對(duì)接仿真場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)整體性能測(cè)試而設(shè)計(jì)的專用地面檢測(cè)設(shè)各之一。本文在中頻雷達(dá)信號(hào)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(hào)同步精度兩方面內(nèi)容。首先本文仔細(xì)研究了交會(huì)對(duì)接雷達(dá)系統(tǒng)基本工作原理,介紹了測(cè)量信號(hào)的傳輸協(xié)議。然后分析了交會(huì)對(duì)接過程中追蹤航天器和目標(biāo)航天器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)方案。方案設(shè)計(jì)包括模擬器信號(hào)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(duì)接過程信號(hào)模擬,本文對(duì)航天器間相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了相對(duì)靜態(tài)和相對(duì)動(dòng)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(duì)在傳統(tǒng)連續(xù)波信號(hào)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(cè)距體制下信號(hào)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(duì)模擬過程中誤差進(jìn)行了分析,對(duì)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(hào)接收模塊,考慮到實(shí)際情況下被測(cè)設(shè)備輸入信號(hào)信噪比變化,設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單有效便于FPGA實(shí)現(xiàn)的的自適應(yīng)門限檢測(cè)方法,對(duì)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(cè)量精度引入了載波相位測(cè)量,利用FPGA高速并行運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn),改進(jìn)偽距測(cè)量算法,提高偽距測(cè)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(hào)模擬器邏輯設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和模塊的仿真測(cè)試結(jié)果。然后,聯(lián)合上位機(jī)調(diào)試進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證了模擬器在雙向系統(tǒng)測(cè)試中時(shí)鐘差,距離和速度計(jì)算正確后,通過簡(jiǎn)單的幾個(gè)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)模擬器進(jìn)行了靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)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(hào)模擬器總體設(shè)計(jì)方案信號(hào)模擬器主要包括信號(hào)接收單元、信號(hào)模擬單元、信號(hào)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(hào)的發(fā)射和收，上位機(jī)用于控制交互，對(duì)模擬參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和測(cè)試結(jié)果輸出顯示，信號(hào)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(hào)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(hào)。接收通道信號(hào)經(jīng)過處理后，由 AD 采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)發(fā)送給 FPGA，由 FPGA數(shù)字信息進(jìn)行處理完成對(duì)目標(biāo)信號(hào)的 FFT 快速搜索、捕獲，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的精確穩(wěn)跟蹤，通過偽碼延遲鎖定環(huán)路鎖定偽碼測(cè)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(duì)信息的提取處理。應(yīng)根據(jù)測(cè)量信息計(jì)算鐘差動(dòng)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(duì)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(hào)。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(píng)估。

第 3 章 動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬分析與設(shè)計(jì)第 3 章 動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬分析與設(shè)計(jì)信號(hào)模擬器的跟蹤精度，模擬精度和信號(hào)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(hào)時(shí)需要根據(jù)輸入的仿真參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的模擬信號(hào)的變化并能夠接收鎖定雷達(dá)的反饋信號(hào)。本章首先根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡建立模擬偽距模型，然后對(duì)信號(hào)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(duì)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(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V526;V416

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2674625