機載射頻系統地面試驗外場建設的新思路?

陳杰（中國西南電子技術研究所，成都610036）

機載射頻系統地面試驗外場建設的新思路?

陳杰
（中國西南電子技術研究所，成都610036）

介紹了國外機載射頻系統的組成，分析了機載射頻系統的戰技指標，探討了國外試驗外場的設計和設備配備。借鑒國外經驗，總結了機載射頻系統測試內容，提出針對機載射頻系統地面測試外場建設的新思路，為工程實施奠定基礎。

第四代戰斗機；機載射頻系統；外場試驗；地面場地建設

1 引言

第四代戰斗機的基本要求是低可探測性隱身性能、超音速巡航、超視距攻擊。目前服役的只有F-22（F-35即將服役，T-50進行試飛）能達到下一代戰斗機的水平。

機載射頻傳感器是四代機最重要設計部分，其配備功能線程較多，功能復雜，涉及頻段廣，功率起伏大。國外第四代戰斗機設計基本思路是綜合化，做到共用、復用等。而以上設計思路在上一代戰斗機中并未涉及，這種跨越式必將是個反復設計、反復實踐、反復迭代的過程。而作為研發流程中的地面外場試驗也至關重要，建立一個完善、智能、綜合化的地面機載綜合射頻傳感器系統測試外場是需要重點考慮的。

本文通過對國外第四代戰斗機綜合射頻系統設計分析，結合其地面外場試驗項目及其外場建設大概內容，提出對下一代戰斗機綜合射頻系統試驗外場建設的思路。

2 國外機載射頻傳感器介紹

2.1 國外機載射頻傳感器系統設計介紹

國外戰斗機主要射頻傳感器［1］有機載火控雷達（RD）、告警接收機（RWR）、無源探測（ESM）、有源干擾（ECM）、敵我識別（IFF）、UV通信、JTIDS、塔康、儀表著陸、微波著陸、高度表、衛星通信、飛行數據鏈（IFDL）-F22、多孔徑數據鏈（MADL）-F35等。

2.1.1 F-22的射頻系統設計

F-22是國際上第一種引入機載電子系統綜合化設計理念的機型，并且實現了真正的綜合化。這種高度的綜合化體現在資源綜合利用、數據綜合處理、人機綜合顯控上：所有傳感器、系統和任務數據采用統一的單一的人機接口；同步分配共享的情況、任務和系統數據；采用標準的“開放式”結構及接口的通用、模塊化處理模塊。

F-22首次使用了CIP（通用綜合處理器）進行所有傳感器輸入、輸出數據的處理和分發，是F-22

真正的“大腦”。CIP是包含信息處理與數據處理單元的插入式模塊架，配有7種標準處理模塊，負責所有機載傳感器和任務設備的信號和數據處理。

F-22另外一個射頻綜合設計是ALR-94電子戰系統和APG-77雷達進行一體化設計，利用ALR

-94探測到敵方雷達信息，通過APG-77有源陣面進行大功率、多波束的干擾，達到壓制對方的目的。而APG-77雷達有源相控陣可作為雷達發射、接收天線，也可作為電子戰無源探測和干擾天線，還可作為通信收發天線。這種跨功能設計是F-22射頻綜合化的一大特點，也是洛克希德·馬丁公司（簡稱洛馬公司）總體設計的技術結晶。

2.1.2 F-35的射頻系統設計

F-22是四代機的典型代表，但是作為戰斗機眼睛和耳朵的射頻傳感器系統沒有做到真正的綜合化設計，F-35的設計是在F-22的基礎上進行了更多的改進和綜合，使F-35在射頻綜合設計上更加趨于完善。

F-35射頻傳感器進行了高度綜合設計［2］，多功能綜合射頻系統（MIRFS）是F-22航空電子技術趨于成熟的一個重要組成部分，具體表現在以下幾方面。

（1）孔徑綜合共用

雷達、電子戰共有雷達有源相控陣孔徑，電子戰某些頻段與通信、導航、識別（CNI）共用孔徑，CNI利用雷達陣面進行通信。

（2）處理系統綜合共用

各個射頻傳感器共用功能強大的綜合核心處理機（ICP）進行信息、數據處理，ICP經過多源處理、融合后將最后結果傳輸給飛行員，減少了飛行員的分析處理壓力［3］。

（3）射頻信道綜合共用

射頻開關、中頻開關和寬帶超外差前端等均可同時或分時利用，通過ICP軟件進行分配和重構使用。

（4）模塊通用化

ICP、射頻信道大量模塊實現通用，互為備份，將模塊種類大大壓縮，提高系統可靠性和可維修性。

總之，F-35是目前國際上第四代戰斗機中最先進的設計。由于是聯合設計，所以F-35匯聚了美國等發達國家航空電子設計的精華，滿足了21世紀戰斗機作戰需求，值得我國四代機航電綜合化設計借鑒。

2.2 國外機載射頻傳感器系統外場試驗分析

資料顯示，F-22、F-35等國外先進四代機射頻綜合系統進行試飛前，經歷了桌面聯式、暗室測試和地面外場無線輻射試驗。地面外場無線輻射試驗是極其重要的一環，在達到地面試驗預期后方進行空中試飛。為此，F-35總承包方洛克希德·馬丁公司在地面建設了復雜的試驗外場，主要包含中心測試塔（含戰機等比模型）、復雜電磁環境、靜態／動態威脅多目標系統、協作目標系統、測試系統和評估系統等。

通過查閱資料，美國F-22、F-35射頻綜合主要涉及傳感器有雷達、電子戰設備、CNI設備等，所以其外場具備的模擬器有以下幾種：

（1）雷達信號模擬，模擬器交戰飛機的雷達發送信號和地面威脅雷達信號等；

（2）復雜電磁環境模擬，模擬高密度的復雜電磁環境，包含普通雷達信號、通信信號、雜波信號等［4］；

（3）雷達目標回波模擬，模擬機載火控雷達目標，已經欺騙誘餌目標等，可對RCS、多普勒、距離進行調制；

（4）無源雷達模擬，模擬威脅方無源探測設備，監控本機射頻系統輻射信號；

（5）協作目標模擬，模擬數據鏈、電臺、導航等協作目標的信號反饋模擬。

測試手段有：

（1）地面固定點測試；

（2）地面動目標測試，利用電掃信號模擬動態目標；

（3）空中動目標測試，利用無人機、氣球等進行控制目標模擬；

（4）分析評估手段，洛克希德·馬丁公司和美國軍方均有先進的數據采集系統和實時統計分析評估系統，滿足測試輸出錄取處理的需要。

通過以上測試系統的組成我們可以分析：F-35在地面將模擬逼真的空中復雜電磁環境，例如火控雷達信號、跟蹤雷達信號、干擾信號、通信信號等，然后模擬敵、友的目標屬性，比如RCS、距離、速度、位置和輻射信號特性等，還模擬指揮基地或僚機的協作信號，比如電臺應答、數據鏈通信、IFF應答、導航信號等。總之，洛馬公司在地面盡可能營造戰機在空中起伏、巡航、格斗和著陸等不同狀態時的電磁態勢，為F -35在地面進行詳細的測試奠定基礎。

3 未來機載射頻系統外場建設考慮

3.1 機載綜合射頻系統試驗外場功能

機載綜合射頻系統試驗外場主要是滿足綜合射頻系統在研究階段的軟硬件調試，以及系統后期的子系統測試、系統綜合測試和系統交付驗收時的戰技指標測試。具備功能有：

（1）逼真模擬空空、空面復雜電磁環境；

（2）逼真模擬作戰對象動、靜態目標；

（3）逼真模擬協作對象信號；

（4）具備全方位、全頻段、大空域試驗視野；

（5）系統具備良好的指揮調度、監視、控制、試驗結果錄取分析、態勢顯示等能力；

（6）具有良好的可擴展功能。

3.2 機載射頻系統外場試驗需求分析

借鑒發達國家先進戰機設計思路，結合實際研究特點，機載射頻系統外場試驗需求主要從以下幾個方面進行分析考慮。

（1）系統內各功能的兼容性測試

隨著綜合化的深入，各功能線程并發運行情況較多，作為機載設備，在有限的空間里各功能相互之間的兼容性如何必須定量測試，以給出各功能兼容工作后戰技指標是否滿足需求。機載射頻系統功能較差嚴重，頻率重疊或諧波影響矛盾日益突出，在設計之初對以上方面進行了技術要求，地面外場是無線驗證或調試設計的必要過程。

兼容性測試主要內容包含以下幾個大的方面：雷達發射對電子戰無源接收的影響；電子干擾發射對雷達接收的影響；雷達發射對通信導航的影響；通信導航對電子戰無源接收的影響；電子干擾對通信導航的影響；其他兼容問題。

（2）資源共用性能測試

綜合化的一個特點就是資源共用，尤其是綜合化天線的共用。而資源共用后系統性能是否得以保證，是否滿足戰技指標，需要進行外場無線輻射試驗方可驗證。

資源共用測試主要內容包含以下幾個大的方面：共用孔徑測試；共用處理資源測試；其他共用資源測試。

（3）各子系統協同分析處理試驗

由于綜合射頻系統功能眾多，而戰機對外界態勢感知需要各傳感器綜合分析、協同處理來得到。比如雷達和無源探測進行協同探測，模擬逼真的有源、無源目標，通過各自傳感器進行探測然后綜合協同反省處理得出真實航跡。這類試驗將驗證系統實現各傳感器真正的綜合化。

主要測試項目有傳感器數據融合測試、傳感器互引導測試、其他綜合系統測試。

（4）綜合系統和各子系統戰技指標測試

需要對綜合系統和子系統進行外場無線驗收和指標測試時，結合配試模擬器進行調試、測試和驗收，包括雷達功能性能指標測試、電子戰功能性能指標測試、通信導航功能性能指標測試、其他功能測試指標測試。

（5）其他特殊功能測試

能按用戶要求進行特殊功能的測試。

3.3 機載射頻系統外場設備組成

要滿足以上試驗需求，筆者認為試驗外場由以下設備組成［4］，見表1。

試驗外場組成框圖如圖1所示。

3.4 機載射頻系統地面試驗外場布局及要求

機載射頻系統地面試驗外場分布圖如圖2所示。

3.4.1 場地需求

由于要在地面模擬機載空空環境，所以盡量要求空域廣闊，減少射頻波束的折射和反射，根據國內外各類型電子試驗場地的經驗，要求試驗場地至少為1 km×1 km；地面平坦無遮擋，良好的通視條件；具備模擬器設備運輸的道路和通信的光纖線路。

3.4.2 布陣需求

布陣基本要求如下：

（1）試驗高塔布局在試驗場靠邊位置，基本保證目標模擬設備與被試射頻系統有900 m左右的通視距離；

（2）模擬器與被試設備距離要求；

（3）最小遠場距離要求：滿足公式R≥2D2／λ，式中R為遠場距離，D為天線口徑，λ為信號波長；

（4）模擬器發射功率：在被試設備靈敏度恒定的情況下，模擬器發射功率有限，所以對布陣有一定影響，應根據具體情況進行計算分析；

（5）模擬器靈敏度：在被試設備發射信號功率恒定的情況下，模擬器靈敏度設計不同，對布陣有一定影響，應根據具體情況進行計算分析；

（6）環境因素：由于機載射頻系統有大功率發射的設備，電磁輻射對周邊環境將造成一定影響，布陣時應考慮發射方向避開建筑物和人口密集方向。

4 結束語

筆者通過對試驗場的測試內容、配試模擬器設備、配套保障設施、試驗場的要求以及設備布陣等進行詳細說明，旨在提出建設先進的機載射頻系統試驗外場方法。目前國內尚無相應的綜合試驗外場，本文工作對后期實驗外場建設具有一定借鑒作用。由于筆者對國外資料理解有限，以上方法思路還有較多不足之處，且在具體機載射頻系統試驗過程中對試驗外場還有具體的要求。以上只是筆者的粗識拙見，愿拋磚引玉，與同行專家商榷，共同促進機載射頻系統的研究。

［1］Ian Moir.軍用航空電子系統［M］.吳漢平，譯.北京：電子工業出版社，2008：3-29. Ian Moir.military Avionics System［M］.Translated by WU Han-ping.Beijing：Publishing House of Electronic Industry，2008：3-29.（in Chinese）

［2］Jay Miller.“猛禽”F-22［M］.楊晨光，白堃，譯.北京：科學普及出版社，2009：150-160. Jay Miller.Lockheed Martin F／A-22 Raptor［M］.Translated by YANG Chen-guang，BAI Kun.Beijing：Popular Science Press，2009：150-160.（in Chinese）

［3］陳穎，陳德志.航空傳感器綜合處理機的開放式體系架構［J］.電訊技術，2005，45（2）：107-110. CHEN Ying，CHEN De-zhi.Open Systems Architecture of Airborne Integrated Processor［J］.Telecommunication Engineering，2005，45（2）：107-110.（in Chinese）

［4］周宏偉.密集復雜電磁環境下電子對抗裝備外場試驗設備能力需求［J］.艦船電子對抗，2010，33（3）：18-22. ZHOU Hong-wei.Capability Requirement of Outfield Test Devices for Electronic Countermeasure Equipments in The Dense Complex Electromagnetic Environment［J］.Shipboard Electronic Countermeasure，2010，33（3）：18-22.（in Chinese）

［5］戎建剛，魏建寧，黃和國.如何構建電子戰靶場的復雜電磁環境［J］.電子對抗，2010（1）：6-10. RONG Jian-gang，WEIJian-ning，HUANG He-guo.How to Built Complex Electromagnetic Environment of Electronic Warfare Target Range［J］.Electronic Warfare，2010（1）：6-10.（in Chinese）

A New Thinking of Constructing Outfield Experiment Site for Airborne Radio Frequency Systems

CHEN Jie
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The composition of foreign airborne radio frequency（RF）system is introduced.The tactical and technical performance indexes of RF system are analysed.The design and equipmentconfiguration of foreign outfield experiment site are discussed.By referring to the foreign experience for reference，the experiment content of RF system is summarized and a new design thinking ofconstructing outfield experimentsite for airborne RF system is presented.This design lays a foundation for the engineering implementation.

the fourth generation fighter；airborne radio frequency system；outfield experiment；site construction

V243

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.03.033

陳杰（1977—），男，四川萬源人，工程師，主要研究方向機載電子戰。

1001-893X（2012）03-0414-04

2011-11-03；

2012-02-27

CHEN Jie was born in Wanyuan，Sichuan Province，in 1977.He is now an engineer.His research direction is airborne electronic warfare.

Email：jet0314008＠163.com