一種用于產(chǎn)生雷達目標及干擾信號的模擬系統(tǒng)

周 鈞

(中國人民解放軍92941部隊5分隊 遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

近十年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展進步，電子戰(zhàn)技術(shù)[1]也得以飛速發(fā)展，現(xiàn)代電子戰(zhàn)裝備呈現(xiàn)出高度集成化、綜合化和智能化的發(fā)展趨勢，可以在全空域、全頻域和全時域產(chǎn)生高強度、多樣式和有針對性的電子干擾，嚴重影響雷達等電子裝備在實戰(zhàn)環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。因此，準確地定量檢驗和評估雷達或?qū)б^等電子裝備在復雜電磁環(huán)境[2]下的作戰(zhàn)能力顯得非常必要，需要構(gòu)建貼近實戰(zhàn)的電子戰(zhàn)場景，如遠距離支援干擾、隨隊干擾[3]和自衛(wèi)干擾場景等，并模擬產(chǎn)生各種電子戰(zhàn)場景下的目標回波和干擾信號。本文介紹了雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)的組成及功能、系統(tǒng)工作原理，并對系統(tǒng)的典型應用進行了舉例說明。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)功能及組成

雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)采用近距離遠場輻射模式，以應答方式模擬目標對雷達信號的反射過程，模擬產(chǎn)生目標雷達回波信號(飛機目標、巡航導彈、彈道導彈等)、雜波信號[4](地雜波、云/雨氣象雜波、箔條雜波等)和有源電子干擾信號等，用于雷達或雷達導引頭的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、精度標校、模擬檢飛以及設(shè)備在役使用期間的性能檢查評估，也可用作反艦導彈飛行試驗中的有源雷達誘餌系統(tǒng)。

雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)主要由接收/發(fā)射天線、下變頻、中頻信號處理、上變頻、頻綜以及系統(tǒng)控制等模塊組成，其組成框圖如圖1所示。

接收天線和發(fā)射天線采用相同的天線組件，主要有收/發(fā)天線分置和收/發(fā)天線共用兩種連接方式，分別對應收發(fā)同時工作模式和收發(fā)分時工作模式；下變頻主要由限幅器、低噪聲放大器、AGC、濾波器及混頻器等設(shè)備組成；中頻信號處理主要由高采樣率AD、DA器件、高速FPGA器件、大容量動態(tài)存儲器、高速雙口靜態(tài)存儲器以及外圍接口電路組成；上變頻主要由濾波器、混頻器和放大器等設(shè)備組成。

1.2 系統(tǒng)工作原理

雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)的工作原理框圖如圖2所示。

系統(tǒng)工作時，接收天線接收被試雷達輻射信號并輸出至下變頻模塊。下變頻模塊對輸入信號進行限幅、濾波、AGC、低噪聲放大和混頻處理，AGC自動增益控制實現(xiàn)對輸入信號的幅度測量跟蹤，使得處于動態(tài)范圍內(nèi)不同功率電平的輸入信號經(jīng)下變頻模塊處理后，均能輸出幅度相對穩(wěn)定的中頻信號至中頻信號處理模塊。中頻信號處理模塊對輸入的中頻信號進行采樣、測幅、測頻等處理，生成PDW送系統(tǒng)控制；同時，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，對輸入信號進行目標信號調(diào)制、雜波信號調(diào)制或干擾信號調(diào)制，并將調(diào)制后的數(shù)字信號經(jīng)DA處理后輸出至上變頻。在上變頻模塊完成調(diào)制信號的濾波、混頻和放大處理，輸出射頻信號至發(fā)射天線，對準被試雷達或雷達導引頭輻射目標/雜波/干擾信號。系統(tǒng)控制模塊主要完成系統(tǒng)的人-機交互控制，實現(xiàn)系統(tǒng)工作模式、工作參數(shù)的設(shè)置和下載，控制下屬分系統(tǒng)有序、協(xié)同工作，并對系統(tǒng)工作參數(shù)和工作狀態(tài)進行顯示。

1.3 輸出功率分析

假設(shè)被試雷達的發(fā)射功率為Pr，雷達天線增益為Gr，則目標回波功率為：

(1)

(1)式中Pr為被試雷達發(fā)射功率，Gr為被試雷達天線增益，σ為目標雷達截面積，Lr為雷達系統(tǒng)損耗。

本系統(tǒng)在距離被試雷達為Rs處模擬產(chǎn)生目標信號，被試雷達接收到的模擬目標信號功率為：

(2)

(2)式中Pst為本系統(tǒng)發(fā)射功率，Gs為本系統(tǒng)發(fā)射天線增益，Gr為被試雷達天線增益。

采用本系統(tǒng)模擬產(chǎn)生雷達目標回波信號時，應使得雷達接收的真實目標回波功率與模擬目標信號功率相等，即：Pi=Pi′，得到本系統(tǒng)產(chǎn)生雷達目標信號的有效輻射功率為：

(3)

另外，雷達目標回波功率具有一定的起伏特性。目標起伏類型一般可用Swelling Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ模型來描述[5]，本系統(tǒng)可根據(jù)模擬的目標類型進行相應的幅度調(diào)制。

本系統(tǒng)模擬產(chǎn)生干擾信號時，根據(jù)測定被試雷達天線口面干擾功率密度的方法來定量模擬實戰(zhàn)環(huán)境下雷達接收到的干擾信號。

2 系統(tǒng)典型應用

2.1 遠距離支援干擾場景構(gòu)建

典型的遠距離支援干擾作戰(zhàn)場景態(tài)勢如圖3所示，電子戰(zhàn)飛機掛載干擾吊艙在對方防區(qū)以外空域作橢圓形盤旋飛行，向突防陣地施放有源電子干擾，掩護己方機群編隊向?qū)Ψ疥嚨赝环馈＿h距離支援干擾作戰(zhàn)時，電子戰(zhàn)飛機施放的干擾樣式以阻塞式噪聲干擾和掃頻干擾式噪聲干擾為主。

采用雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)構(gòu)建遠距離支援干擾作戰(zhàn)場景的設(shè)備布設(shè)如圖4所示。三套模擬系統(tǒng)按試驗規(guī)劃布設(shè)在被試雷達陣地，其中，位于中間位置的模擬系統(tǒng)模擬產(chǎn)生突防機群編隊的雷達目標信號，位于兩側(cè)的模擬系統(tǒng)則模擬產(chǎn)生實戰(zhàn)場景中的電子戰(zhàn)飛機施放的有源電子干擾信號。

某雷達在本系統(tǒng)構(gòu)建的遠距離支援干擾場景下對空中目標的探測威力如圖5所示。圖中由遠至近3條曲線分別對應被試在無干擾、有干擾并采取反干擾措施和有干擾未采取反干擾措施狀態(tài)下對空中目標的探測威力，定量測試和評估被試雷達的探測能力和反干擾能力。

2.2 隨隊干擾場景構(gòu)建

典型的隨隊干擾作戰(zhàn)場景態(tài)勢如圖6所示，電子戰(zhàn)飛機掛載干擾吊艙伴隨突防機群一起向?qū)Ψ疥嚨赝环溃环肋^程中向?qū)Ψ疥嚨厥┓庞性措娮痈蓴_，掩護己方機群編隊向?qū)Ψ疥嚨赝环馈ｋS隊干擾作戰(zhàn)時，電子戰(zhàn)飛機施放的干擾樣式因掛載的干擾吊艙而異，既可施放壓制式噪聲干擾，亦可施放欺騙式干擾。

采用雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)構(gòu)建隨隊干擾作戰(zhàn)場景的設(shè)備布設(shè)如圖7所示，兩套模擬系統(tǒng)按試驗規(guī)劃布設(shè)在被試雷達陣地，其中一套模擬系統(tǒng)模擬產(chǎn)生突防機群編隊的雷達目標信號，另外一套模擬系統(tǒng)則模擬產(chǎn)生實戰(zhàn)場景中的電子戰(zhàn)飛機施放的有源電子干擾信號，兩套模擬系統(tǒng)相對被試雷達的方位夾角應小于被試雷達波束寬度。

采用雷達目標及干擾信號產(chǎn)生模擬系統(tǒng)除了可以構(gòu)建上述典型的電子戰(zhàn)場景外，通過合理的組合和布設(shè)，可以構(gòu)建組合干擾、協(xié)同干擾等其他典型電子戰(zhàn)場景。

另外，采用無人機掛載模擬系統(tǒng)的方式，模擬反艦導彈對海作戰(zhàn)場景中的舷外雷達誘餌，如美、澳聯(lián)合開發(fā)的“納爾卡”(Nulka)Mk 234懸停火箭有源雷達誘餌、英國的“海妖”(Siren)傘降有源雷達誘餌、美國海軍研制的“急切”(Eager)空中系留無人機誘餌和飛行雷達目標(FLYRT)無人機誘餌等[6]，為反艦導彈飛行試驗提供舷外有源雷達誘餌干擾信號。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用高速高性能的信號處理架構(gòu)和軟件無線電技術(shù)，是一個標準化、開放式的平臺，具有很強的功能拓展能力，適應于各種體制雷達和導引頭，模擬產(chǎn)生試驗所需的各種雷達目標信號、雜波信號和干擾信號。系統(tǒng)采用小型化設(shè)計，適應地面架設(shè)、無人機掛載等多種使用方式，通過合理的規(guī)劃布設(shè)，逼真構(gòu)建遠距離支援干擾、隨隊干擾等各種貼近實戰(zhàn)的電子戰(zhàn)場景，定量測試和評估被試雷達和導引頭的探測性能和反干擾性能，將為武器系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力檢驗和提升發(fā)揮重要作用。