基于延時(shí)與功率關(guān)聯(lián)控制的引導(dǎo)距離等效檢測(cè)

楊 輝 ，汪銘東

（1. 海軍大連艦艇學(xué)院信息系統(tǒng)系，遼寧大連116018；2. 海軍705廠，廣東湛江524000）

0 引言

艦載直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)在日常維護(hù)、故障修復(fù)和等級(jí)維修之后，必須確保和直升機(jī)之間引導(dǎo)功能正常、引導(dǎo)距離滿足指標(biāo)要求，保證其處于良好的工作狀態(tài)，否則會(huì)給直升機(jī)返航帶來(lái)安全隱患。現(xiàn)階段常用的檢測(cè)方法有三種：一是利用雷達(dá)的自檢功能，二是利用與其配套的機(jī)載應(yīng)答器，三是直接起飛直升機(jī)檢測(cè)。前兩種方法簡(jiǎn)單且易實(shí)施，但由于不具備延時(shí)和功率調(diào)節(jié)功能，檢測(cè)不全面、不系統(tǒng)，而且無(wú)法檢測(cè)引導(dǎo)距離是否滿足指標(biāo)要求，可靠性低，實(shí)用性差；第三種方法檢測(cè)全面且系統(tǒng)，但任務(wù)前直升機(jī)需要單獨(dú)飛行一個(gè)航次進(jìn)行聯(lián)通性檢查，組織協(xié)調(diào)難度大、費(fèi)用高、時(shí)效性差、存在安全隱患，一旦聯(lián)通性有問(wèn)題很難判斷故障位置，需要大量技術(shù)人員排查，極大限制了部隊(duì)保障能力的形成與戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。為此，迫切需要研制一種便攜式檢測(cè)設(shè)備[1-2]。

“直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器”（以下簡(jiǎn)稱“應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器”）完全模擬了直升機(jī)機(jī)載應(yīng)答器的功能，通過(guò)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)、延時(shí)信號(hào)和精確控制信號(hào)輻射功率，解決了無(wú)需直升機(jī)配合情況下的引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)功能檢測(cè)難題。

1 設(shè)備組成

應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的系統(tǒng)組成框圖如圖 1所示。主要包含3個(gè)通道、6個(gè)模塊。3個(gè)通道即發(fā)射通道、接收通道、功率測(cè)量通道；6個(gè)模塊即信號(hào)接收模塊、信號(hào)識(shí)別分選模塊、高精度延時(shí)模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、主控制器模塊、功率測(cè)量模塊。

艦艇停靠碼頭，在距艦艇約300～1000 m范圍內(nèi)選擇較為平坦、開闊地帶布放檢測(cè)設(shè)備，并使設(shè)備天線口對(duì)準(zhǔn)被測(cè)雷達(dá)方向。引導(dǎo)雷達(dá)和檢測(cè)設(shè)備開機(jī)，喇叭天線接收直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)輻射信號(hào)，通過(guò)環(huán)形器進(jìn)入信號(hào)接收模塊，在接收模塊中進(jìn)行信號(hào)衰減、前放、混頻、中放等處理輸出至信號(hào)識(shí)別分選模塊；在信號(hào)分選模塊中通過(guò)門限檢測(cè)、脈內(nèi)特征分析、最小觸發(fā)遮蔽等方法，精確提取應(yīng)答觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)作用于延時(shí)模塊，高精度延時(shí)模塊對(duì)該信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)（該延時(shí)量可調(diào)），送入應(yīng)答編碼信號(hào)產(chǎn)生模塊；在該模塊中，利用固態(tài)微波產(chǎn)生器產(chǎn)生符合要求的應(yīng)答編碼信號(hào)，經(jīng)微波放大器進(jìn)行功率放大，最后通過(guò)環(huán)形器送至喇叭饋源，輻射至被測(cè)雷達(dá)方向。

圖1 應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的系統(tǒng)組成框圖

圖2 延時(shí)及功率功率控制關(guān)系原理框圖

2 高精度延時(shí)與功率關(guān)聯(lián)控制

為了便于在300 m雷達(dá)近距離條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)200 km引導(dǎo)距離的等效檢測(cè)，采用高精度延時(shí)與功率關(guān)聯(lián)控制技術(shù)，其控制關(guān)系如圖 2所示。該技術(shù)主要在設(shè)備面板通過(guò)延時(shí)碼和功率碼按鍵調(diào)節(jié)，F(xiàn)PGA響應(yīng)獲取，延時(shí)碼模擬直升機(jī)的距離，功率碼改變應(yīng)答信號(hào)功率[3-4]。同時(shí)系統(tǒng)還引入了波形存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)波形存儲(chǔ)的方式，最大程度地從信號(hào)形式、信號(hào)功率上完全模擬應(yīng)答信號(hào)。

2.1 高精度延時(shí)

延時(shí)模塊中延時(shí)tr=2R/c的大小由延時(shí)碼控制，其中R為雷達(dá)與直升機(jī)距離，c為光速。延時(shí)碼通過(guò)設(shè)備主機(jī)前面板的按鍵輸入距離信息，再由FPGA響應(yīng)獲得；延時(shí)模塊中設(shè)置振蕩頻率為 50 MHz，延時(shí)精度0.02 μs，對(duì)應(yīng)距離6 m，因此可以6 m為間隔模擬不同距離直升機(jī)。實(shí)際中在滿足雷達(dá)檢測(cè)要求的基礎(chǔ)上，為便于在被測(cè)雷達(dá)顯示器上觀察應(yīng)答信號(hào)，在主機(jī)前面板按鍵設(shè)置中存儲(chǔ)了（0～200）km中12個(gè)代表性的距離值，以完成引導(dǎo)雷達(dá)對(duì)直升機(jī)200 km引導(dǎo)距離的等效檢測(cè)。

2.2 功率關(guān)聯(lián)控制

延時(shí)距離與功率衰減量的理論關(guān)系如式（1）：

其中rjP、tG，λ，jP，jG，jR，γ分別為被測(cè)雷達(dá)接收信號(hào)功率、天線增益，工作波長(zhǎng)、檢測(cè)設(shè)備發(fā)射功率、天線增益、模擬直升機(jī)距離、加權(quán)系數(shù)（依環(huán)境確定）。依式（1），接收應(yīng)答信號(hào)功率rjP與模擬直升機(jī)距離成反比關(guān)系，若代入模擬直升機(jī)距離，可估算被測(cè)雷達(dá)接收信號(hào)功率[5]。

2.3 仿真及試驗(yàn)

模擬直升機(jī)距離與應(yīng)答信號(hào)功率理論估算值與實(shí)際測(cè)量值比較如圖3所示。由于受外界環(huán)境因素的影響，實(shí)際測(cè)量值與理論計(jì)算值存在微小誤差，但誤差在3倍容差之內(nèi)，為此可調(diào)節(jié)功率衰減值控制末端微波放大模塊中的微波放大量，保證模擬應(yīng)答信號(hào)與真實(shí)應(yīng)答信號(hào)在功率上一致。功率衰減值由功率碼控制，功率碼是通過(guò)主機(jī)前面板的按鍵觸發(fā)，F(xiàn)PGA響應(yīng)獲得。當(dāng)檢測(cè)設(shè)備布放距離或者模擬直升機(jī)距離發(fā)生變化時(shí)，則要相應(yīng)調(diào)整功率衰減碼，調(diào)節(jié)檔位為（0～62）dB，每檔位間隔2 dB，二者之間衰減調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示，典型距離檔位與具體衰減大小對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。若衰減值為奇數(shù)，則選擇其臨近偶數(shù)值對(duì)應(yīng)檔位調(diào)節(jié)即可。

表1 模擬距離與接收應(yīng)答信號(hào)功率衰減關(guān)系表（衰減單位：dB）

圖3 理論估算值和實(shí)測(cè)值關(guān)系圖

圖4 模擬距離與應(yīng)答信號(hào)功率衰減關(guān)系圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)計(jì)過(guò)程中的難點(diǎn)——近距離條件下對(duì)直升機(jī) 200 km引導(dǎo)距離的等效檢測(cè)問(wèn)題，采用了高精度延時(shí)與功率關(guān)聯(lián)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在碼頭，通過(guò)改變?cè)O(shè)備模擬直升機(jī)距離，控制應(yīng)答信號(hào)發(fā)射功率，就可對(duì)引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)距離全面檢測(cè)的功能。多次試用結(jié)果表明，應(yīng)用該技術(shù)研制的應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)備操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、性能可靠，明顯提高維修保障效率，具有較高的軍事、經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊輝. 直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器國(guó)防科技報(bào)告. 2015.

[2]金學(xué)軍. XXX型艦載導(dǎo)航兼直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)[J]. 上海廣電通信技術(shù)有限公司, 2007, (05): 4-17.

[3]楊富國(guó). Visual C++程序開發(fā)案例分析[M]. 北京:清華大學(xué)出版社, 2005.

[4]熊海軍 王耀青. 一種基于 FPGA的多路串口控制器設(shè)計(jì)[J]. 測(cè)控技術(shù), 2013, 32(9): 37-38.

[5]王國(guó)玉, 汪連棟等. 雷達(dá)原理電子戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真與評(píng)估[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2006: 45-47.