一種復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備總體設(shè)計

譚升海 李明

（國營第七二二廠 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541001）

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，數(shù)量繁多、構(gòu)成復(fù)雜的電磁環(huán)境體[1-2]，敵方與我方、對抗與非對抗的各種電磁信號交織于戰(zhàn)場，形成一種錯綜復(fù)雜、快速流動的電磁環(huán)境空間。當(dāng)前復(fù)雜電磁環(huán)境對信息化作戰(zhàn)的成敗具有決定性作用，也對部隊的訓(xùn)練提出了新的要求。通過訓(xùn)練把握戰(zhàn)場電磁環(huán)境態(tài)勢變化規(guī)律，認(rèn)識復(fù)雜電磁環(huán)境對作戰(zhàn)的影響，尋找復(fù)雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)的制勝之道，是應(yīng)對未來戰(zhàn)爭我軍必不可少的一個環(huán)節(jié)。雷達(dá)信號環(huán)境模擬器可以輸出寬頻段、多體制、高密度的雷達(dá)模擬信號，能夠為雷達(dá)偵察與干擾設(shè)備提供日常訓(xùn)練手段，同時通過產(chǎn)生相應(yīng)的雷達(dá)信號亦可用于檢測雷達(dá)偵察與干擾設(shè)備的工作狀態(tài)。

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備可以自行設(shè)定不同體制、不同參數(shù)的多批雷達(dá)信號與雷達(dá)干擾信號，從而模擬出近似實戰(zhàn)的復(fù)雜電磁環(huán)境，以檢測雷達(dá)裝備在近似實戰(zhàn)的復(fù)雜電磁環(huán)境下對相應(yīng)雷達(dá)目標(biāo)的檢測能力和抗干擾能力，實現(xiàn)日常部隊模擬真實作戰(zhàn)環(huán)境下的裝備訓(xùn)練。同時復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備也可根據(jù)實際需要，針對個別被檢測雷達(dá)裝備設(shè)定單個目標(biāo)雷達(dá)信號，從而實現(xiàn)對該被檢測雷達(dá)裝備的相關(guān)檢測和技術(shù)性能評估。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備工作原理

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備可以輻射多體制、高密度的雷達(dá)模擬信號與雷達(dá)干擾信號。設(shè)備同時還可截獲雷達(dá)輻射源信號，并對獲取的雷達(dá)輻射源參數(shù)或干擾信號分別進(jìn)行分析處理、形成設(shè)備系統(tǒng)的測評信息，也可對雷達(dá)實施欺騙、壓制干擾。考慮到檢測雷達(dá)的抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)能力方面的應(yīng)用，必須兼顧到測量精度和截獲概率，既能夠保證一定的精度，又能夠在較寬的頻帶內(nèi)快速地截獲信號，采用數(shù)字信道化來進(jìn)行信號的偵收。

同時要能夠檢測雷達(dá)的抗干擾能力，復(fù)雜電磁模擬設(shè)備具備一定的干擾功能，對雷達(dá)的有源干擾方式主要有壓制式干擾和欺騙式干擾兩大類[3]。壓制式干擾主要有噪聲調(diào)頻、噪聲調(diào)幅以及噪聲調(diào)相干擾等；欺騙式干擾主要有距離欺騙、角度欺騙、速度欺騙干擾等。數(shù)字儲頻（DRFM）[4]可以存儲雷達(dá)信號，通過噪聲調(diào)制、延遲轉(zhuǎn)發(fā)、多普勒頻率調(diào)制等，可以產(chǎn)生多種干擾樣式，適用于復(fù)雜電磁模擬設(shè)備對雷達(dá)抗干擾能力的檢測。

復(fù)雜環(huán)境模擬設(shè)備主要由天線與微波前端、顯示控制模塊、測頻接收模塊、數(shù)字射頻存儲器模塊、信號分選模塊五部分組成，簡化原理框圖如圖1 所示。

圖1：復(fù)雜電磁模擬設(shè)備原理框圖

3 各分系統(tǒng)具體設(shè)計

3.1 天線與微波前端

測頻天線采用平面螺旋天線，平面螺旋天線極化方式為圓極化，具有頻帶寬、尺寸小、相位一致性好的特點，是常用的測頻測向天線形式。

接收測頻微波前端主要實現(xiàn)從射頻信號到接收中頻信號的轉(zhuǎn)換，主要包括開關(guān)、帶通濾波器、限幅器、低噪聲放大器、功分器、本振、變頻放大組件等。微波前端模塊的組成原理如圖2 所示。

圖2：微波前端設(shè)計原理圖

圖3：數(shù)字信道化接收模塊示意圖

圖4：信號分選單元原理框圖

采用同樣的電路設(shè)計，但信號采用上變頻方式，便可以實現(xiàn)中頻信號到射頻信號的轉(zhuǎn)換。

3.2 數(shù)字信道化接收模塊

數(shù)字信道化接收模塊組成框圖如圖3 所示。中頻信號耦合出一路信號接入DLVA 進(jìn)行檢波對數(shù)視頻放大，以測量信號的脈沖寬度和幅度。另一路接入高速A/D 變換器采樣后輸出的LVDS 數(shù)據(jù)信號直接進(jìn)入串/并降速電路，降速后進(jìn)入信道化多相濾波器進(jìn)行信道化濾波，濾波后的信號為I/Q 正交信號。對每路信號進(jìn)行求模運算，運算結(jié)果用于進(jìn)行信道判決，以檢測是否有信號落入本信道內(nèi)。對有信號的信道進(jìn)行FFT 變換，可以得到信號的頻率參數(shù)（RF）。進(jìn)行求模運算可以得到信號的脈寬參數(shù)（PW）及信號到達(dá)時間（TOA），這些參數(shù)經(jīng)PDW 形成電路打包后送到DSP 處理器進(jìn)行處理。

數(shù)字信道化單元即為一串濾波器組，將輸入信號均勻劃分成多個相鄰信道，通過不同數(shù)字本振將各信道均變到基帶，然后分別進(jìn)行低通濾波和數(shù)字抽取，最終輸出各路基帶信號。考慮到本系統(tǒng)的采樣率和測頻精度要求，本設(shè)計擬采用32 路數(shù)字信道化實現(xiàn)方法，信道化采用低通原型結(jié)構(gòu)，為便于工程實現(xiàn)，使用多相濾波結(jié)構(gòu)。

3.3 信號分選模塊

信號分選系統(tǒng)主要對測頻送來的脈沖信息流，經(jīng)硬件預(yù)分選、軟件分選、相關(guān)處理等，輸出符合規(guī)定源文件（不含識別結(jié)果信息），提供給綜合處理系統(tǒng)，進(jìn)一步處理。信號分選單元采用硬件預(yù)分選和軟件分選相結(jié)合的技術(shù)模式。硬件預(yù)分選用FPGA 可編程邏輯器件完成。軟件分選出雷達(dá)輻射源的參數(shù)信息后，利用這些參數(shù)信息設(shè)定重頻濾波器，把已知脈沖從密集的脈沖流中濾除出來，達(dá)到去信號交錯的目的。分離出的信號PDW 進(jìn)行緩沖存儲后在綜合處理DSP 中測量出它的脈間信息，而剩下的未知脈沖仍然送入軟件分選處理。

信號分選單元組成原理框圖見圖4。

信道化數(shù)字接收機(jī)送來的實時脈沖信號描述字流（PDW），經(jīng)數(shù)據(jù)融合電路將多路分裂的雷達(dá)參數(shù)融合為最終的脈沖描述字流PDW，預(yù)分選處理電路定時讀取脈沖描述字流PDW 信息并采用矩陣自適應(yīng)或聚類等預(yù)分選算法進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)聯(lián)比較，對脈沖流進(jìn)行分類，以達(dá)到稀釋信號的目的。主分選電路對分類后的PDW 按照到達(dá)時間（TOA）進(jìn)行并行脈沖主分選，各段在經(jīng)過主分選后，還要對各段分選結(jié)果進(jìn)行融合，隨后，對各段融合后的分選結(jié)果和剩余脈沖進(jìn)行段間剩余脈沖分選和段間分選結(jié)果融合，形成最終的分選結(jié)果輸出。分選結(jié)果經(jīng)通信模塊送至顯示控制計算機(jī)。

3.4 數(shù)字儲頻模塊

數(shù)字儲頻原理框圖如圖5 所示，主要由三大部分組成：瞬時帶寬數(shù)字存儲器，干擾技術(shù)產(chǎn)生器、數(shù)字噪聲產(chǎn)生器等。數(shù)字儲頻原理框圖如圖5 所示，主要由三大部分組成：瞬時帶寬數(shù)字存儲器，干擾技術(shù)產(chǎn)生器、數(shù)字噪聲產(chǎn)生器等。

設(shè)計的數(shù)字儲頻（DRFM）帶寬為400MHz，該模塊用于產(chǎn)生與目標(biāo)雷達(dá)信號相參的干擾，通過對接收的雷達(dá)中頻信號進(jìn)行復(fù)雜調(diào)制來產(chǎn)生于雷達(dá)信號高度相參的干擾信號。干擾單元通過參考獲得的雷達(dá)參數(shù)、外部提供的雷達(dá)距離等信息，產(chǎn)生能夠有效干擾的中頻信號。

圖5：數(shù)字儲頻原理框圖

3.5 顯示控制模塊

顯示控制模塊的主要用途是顯示偵察到的雷達(dá)參數(shù)、對雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行識別、控制伺服分機(jī)、以戰(zhàn)區(qū)地圖為背景顯示戰(zhàn)場態(tài)勢、進(jìn)行態(tài)勢標(biāo)繪，控制通信設(shè)備實現(xiàn)對上級指揮所的通信。顯示控制分機(jī)提供信息綜合處理與顯示，以及與各主要分機(jī)的接口，為操作員提供一個友好的人機(jī)交互界面，它用于向各分機(jī)和模塊發(fā)送控制指令、檢測并顯示設(shè)備工作狀態(tài)。

4 結(jié)論

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備可以自行設(shè)定不同體制、不同參數(shù)的多批雷達(dá)信號與雷達(dá)干擾信號，從而模擬出近似實戰(zhàn)的復(fù)雜電磁環(huán)境，以檢測雷達(dá)裝備在近似實戰(zhàn)的復(fù)雜電磁環(huán)境下對相應(yīng)雷達(dá)目標(biāo)的檢測能力和抗干擾能力，實現(xiàn)日常部隊模擬真實作戰(zhàn)環(huán)境下的裝備訓(xùn)練。針對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備總體設(shè)計進(jìn)行了說明，對該設(shè)備的整個信號處理流程以及各個分系統(tǒng)的功能與實現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)敘述。通過對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備的總體設(shè)計研究，為復(fù)雜電磁環(huán)境模擬設(shè)備的研發(fā)提供技術(shù)支撐。