直升機引導雷達應答信號產生器的設計與實現

楊 輝，汪銘東

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直升機引導雷達應答信號產生器的設計與實現

楊 輝1，汪銘東2

（1. 海軍大連艦艇學院信息作戰系，遼寧大連 116018，2. 海軍705廠，廣東湛江 524000）

針對部隊缺乏高效、便攜式引導雷達引導功能檢測手段的急需，提出實裝機載應答器模擬仿真的檢測方法，構建了信號接收、延時、固態微波產生等5個模塊，設計了直升機引導雷達應答信號產生器，實現了對雷達引導功能的檢測。試用結果表明：該應答信號產生器檢測效率高、便攜性好、可操作性強，解決了直升機引導雷達維修保障的難題。

引導雷達 應答信號產生器 引導功能檢測

0 引言

海軍水面艦艇搭載直升機遂行作戰、訓練任務已呈常態化趨勢，艦載直升機引導雷達擔負著任務過程中引導直升機的重要使命，其引導功能的好壞直接決定直升機作戰效能的發揮。因此，艦艇執行重大任務前、等級修理后均需對其引導功能進行檢測，以確保其處于良好工作狀態。傳統的艦機實兵實裝協同配合檢測方法，存在組織協調難度大、檢測周期長、效費比低等突出問題，多年來一直困擾部隊，在一定程度上制約了部隊戰斗力生成。

為此，本文設計了“直升機引導雷達應答信號產生器”（以下簡稱“應答信號產生器”），解決了非艦機協同條件下引導功能檢測的難題，滿足了直升機引導雷達的維修保障需求。

1 總體方案設計

1.1 設計依據

應答信號產生器設計的宗旨是從功能上完全模擬直升機機載應答器，因此其設計依據應關注引導雷達引導工作原理和機載應答器工作原理及應答信號形式2點。

雷達天線輻射信號，直升機機載應答器接收并發出應答編碼脈沖信號，引導雷達組成及工作過程圖如圖1所示。

該應答編碼信號由雷達天線接收并送至高頻濾波器、應答接收機（RRB），經過RRB的混頻放大檢波后再送到視頻碼抑制單元和視頻混合延遲單元，然后送至顯示器。在顯示器屏幕上便可清晰地顯示應答編碼信號，從而可知直升機的位置及編碼信息，對直升機實施引導和識別[1]。

機載應答器接收引導雷達輻射信號，并對信號進行放大、分選和濾波等處理，而后加入直升機編碼信息，經短暫延時后，發出符合要求的應答編碼脈沖信號。應答編碼信號頻率固定，編碼采用X位二進制碼，形成Y種編碼狀態，且編碼信號在時間上與觸發脈沖同步。

圖1 引導雷達組成及工作過程框圖

1.2 設計思路

外場檢測中，應答信號產生器與被測雷達之間的布局如圖2所示。

艦艇停靠碼頭，在距艦艇約0.3~1 km范圍內選擇較為平坦、開闊地帶布放檢測設備，并使設備天線口對準被測雷達方向，雙方開機即可開始作業[2]。因此，應答信號產生器在設計思路上要貫徹如下幾點：1）綜合考慮器件性能、運行速度、整機功耗等指標，確保設備可用可靠；2）小型化設計，保證設備便攜、易展開；3）良好的人機界面，保證設備易操作；4）電池供電量滿足設備野外使用要求；5）信號形式保證在頻率和編碼特點方面與實際機載應答編碼信號一致；6）具有延時功能，保證在近距離條件下可對直升機作戰半徑內的引導距離全距離檢測；7）設備本身具有自檢功能。

圖2 設備與被測雷達之間的布局圖

1.3 設計方案

基于上述考慮，應答信號產生器的系統組成圖如圖3所示。主要包括引導雷達信號接收模塊、信號識別與分選模塊、高精度信號延時模塊、應答編碼信號產生模塊、主控制器、顯示和操控界面及相關輔助電路。

圖3 應答信號產生器系統組成圖

引導雷達信號接收模塊，完成對直升機引導雷達信號的有效接收。雷達信號被應答信號產生器的15 dB定向喇叭天線接收，經環形器、可變衰減器、限幅器等信號預處理送入由前置放大器和混頻器組成的微波放大單元，對信號進行微波放大和下變頻，變頻后的中頻信號在中頻放大器進行主放大，輸出信號送至信號識別與分選模塊。

信號識別與分選模塊，主要是精確提取波形產生模塊所需的觸發脈沖信號。此模塊是一個關鍵模塊，采用了3級信號分選與識別步驟，解決多徑效應干擾和副瓣接收干擾導致的應答錯誤觸發問題。首先，利用門限檢測理論使中頻信號在比較器中與設置的接收門限值進行比較，超過門限值，則比較器有輸出；其次，利用模板匹配和D-S證據理論相結合的方法，通過信號脈內特征進一步分選觸發脈沖信號；最后，采用最小觸發遮蔽方法，依據經驗值和多次試驗結果，設置了400 μs選通門，只選擇到達時間小于400 μs的信號，從而精確提取觸發脈沖信號[3-5]。

高精度信號延時模塊，主要模擬改變直升機的距離。一方面使應答信號在引導雷達顯示器上的顯示遠離地物雜波或者海浪雜波，便于清晰地分辨和識別；另一方面是通過與末端功率控制相關聯，模擬不同距離直升機的應答信號，實現對直升機作戰半徑內的全距離引導功能檢測。信號識別與選通模塊提取的應答觸發信號在延時碼的控制下通過延時模塊進行延時，延時后信號作為應答編碼信號產生模塊的觸發脈沖信號。

應答編碼信號產生模塊，主要產生符合要求的應答編碼信號。延時后的脈沖信號觸發波形產生模塊，在波形碼的控制下產生符合編碼要求的狀態碼，狀態碼分為控制微波產生模塊產生符合頻率要求的發射信號和啟動微波放大模塊2路。微波放大模塊對應答信號的放大量受功率碼的控制，功率碼在0~62 dB范圍可調，調節的大小與模擬直升機距離大小有關，距離越遠功率碼值越大。微波放大模塊的輸出送至環形器，經15 dB定向喇叭口天線朝直升機引導雷達方向輻射，完成應答[6]。

主控制器，是整機的核心，由可編程時序器件（FPGA）和單片機組成。單片機控制FPGA的運行，而FPGA又控制著其他部分的時序操作。FPGA對設備面板按鍵信息（接收門限碼、功率碼、延時碼、波形碼）響應，控制人機交互，確定狀態碼，傳遞自檢信號等。單片機控制設備的液晶顯示器顯示及FPGA的運行[7,8]。

顯示面板的顯示如圖4所示，應答信號產生器的工作狀態一目了然。

自檢電路用于提高系統的可靠性。該自檢電路會產生相應頻率的自檢信號，逐步加入各級電路，對各個模塊的功能進行測試，及時判定自身的工作狀態。自檢正常，則顯示“正常”；如出現故障，則顯示故障部位。

圖4 液晶顯示器顯示內容

圖5 應答信號產生器外觀圖

2 設備特點

應答信號產生器樣機外觀如圖5所示。樣機在3所雷達修理廠及3艘艦艇上進行了試用。試用結果表明應答信號產生器具有以下特點：1）檢測效率高。單次檢測時間從1 d降至1 h內；2）便攜性好、操作性強、穩定可靠。無需艦機協同，檢測作業在碼頭即可完成，且設備長時間通電運轉無故障，可保障多裝備連續不間斷檢測作業，軍事意義重大。

3 結束語

本文采用實裝機載應答器模擬仿真的檢測方法，綜合運用多項技術，設計了一種便攜式直升機引導雷達應答信號產生器，解決了非艦機協同情況下引導功能檢測的難題，實現了對現役所有引導雷達引導功能的檢測，滿足了裝備等級修理后和艦艇執行重大任務前引導雷達引導功能檢測的需求，明顯提高了維修保障效率，具有較高的軍事、經濟效益。

[1] 金學軍. XXX型艦載導航兼直升機引導雷達[R]. 上海廣電通信技術有限公司. 2007(05): 4-17.

[2] 楊輝. 直升機引導雷達應答信號產生器國防科技報告[R]. 海軍大連艦艇學院. 2015(12): 39-58.

[3] 黃小毛, 鄭孝勇. 基于D-S推理的雷達信號模糊識別方法[J]. 現代雷達. 2002, 24(4): 7-9.

[4] 鄭孝勇. 姚景順. 基于D-S推理的模糊模式識別方法[J]. 系統工程與電子技術. 2003, 25(4): 422-424.

[5] 劉慶云, 王根弟, 朱偉強. 雷達輻射源信號特征參量分析[J]. 航天電子對抗, 2008, 24(4): 21-24.

[6] 王國玉, 汪連棟等. 雷達原理電子戰系統數學仿真與評估[M]. 國防工業出版社, 2006: 45-47.

[7] 楊富國. Visual C++程序開發案例分析[M]. 清華大學出版社, 2005.

[8] 熊海軍, 王耀青. 一種基于FPGA的多路串口控制器設計[J]. 測控技術, 2013, 32(9): 37-38.

Design and Realization for Response Signal Generator of Helicopter Guide Radar

Yang Hui1, Wang Mingdong2

(1. Dept of Information Operation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China；2. 705 Factory of Naval, Zhanjiang 524000, Guangdong, China)

TN957

A

1003-4862（2018）09-0049-03

2018-5-7

楊輝（1980-），女，講師。研究方向：雷達信號處理。Email：huihui_207@163.com