一種基于信道化的電磁兼容管控技術(shù)

邵文建王傳虎

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第八研究院,江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引言

現(xiàn)代艦船裝備了大量的電子設(shè)備,其中有些設(shè)備具有大功率發(fā)射源,如雷達(dá)、有源干擾設(shè)備、通信設(shè)備等。大量設(shè)備同時(shí)工作,不可避免地存在著干擾,而且艦體尺寸有限,各設(shè)備天線之間距離不可能很大,電子設(shè)備之間的收發(fā)隔離問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。同時(shí),艦船的上層建筑本身就是多個(gè)電磁信號(hào)散射體,這些物體具有極其復(fù)雜的形狀,能以各種可能的方式產(chǎn)生阻擋、截獲、傳導(dǎo)、反射、散射、繞射和再輻射電磁信號(hào),使得艦船電磁環(huán)境更加復(fù)雜,由此引起的全艦電子設(shè)備間的電磁兼容性問(wèn)題層出不窮。

電子戰(zhàn)系統(tǒng)是艦船上工作頻率范圍最寬的設(shè)備,頻率范圍已經(jīng)涵蓋了通信頻段和雷達(dá)頻段,同時(shí)其工作空域又是寬開(kāi)的,所以其作戰(zhàn)性能極易受到本艦電磁兼容性問(wèn)題的影響。因此,采取有效的電磁兼容控制技術(shù)和措施,提高裝艦環(huán)境下電子戰(zhàn)系統(tǒng)的電磁兼容性,保證設(shè)備作戰(zhàn)能力的發(fā)揮具有重要的作用。

隨著數(shù)字信道化接收機(jī)的普遍使用以及艦船復(fù)雜的電磁環(huán)境影響,常規(guī)的電磁兼容管控技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足偵察機(jī)的使用需求。研究一種基于數(shù)字信道化接收機(jī)的電磁兼容管控技術(shù),其對(duì)電子戰(zhàn)偵察機(jī)具有重要意義。本文先介紹了常規(guī)電磁兼容管控的基本原理,重點(diǎn)對(duì)基于數(shù)字信道化的電磁兼容管控技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 電磁兼容管控原理

電子戰(zhàn)系統(tǒng)的工作頻率很寬,帶寬幾乎覆蓋艦上所有設(shè)備。工作頻段范圍內(nèi)的雷達(dá)、衛(wèi)通等有源設(shè)備工作時(shí),會(huì)對(duì)電子戰(zhàn)系統(tǒng)偵察接收機(jī)產(chǎn)生干擾。電磁兼容管控的實(shí)質(zhì)是通過(guò)一些技術(shù)手段,減少電子戰(zhàn)系統(tǒng)的效能損失,實(shí)現(xiàn)兼容工作。目前主要的電磁兼容管控手段有:極化域、功率域、頻域和時(shí)域等管控方法。

1.1 極化域管控

極化域管控是指有源天線與偵察接收天線形成正交極化的管控方式,使隔離度增加約25 dB。左旋圓極化與右旋圓極化間、垂直極化與水平極化間形成正交關(guān)系。圖1所示為各種極化天線匹配的增益衰減情況。將有源設(shè)備的天線與偵察接收天線設(shè)計(jì)成正交極化,可以有效地提高空間隔離度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、設(shè)備量小、成本低、效果明顯,適用于有源設(shè)備數(shù)量較少的安裝環(huán)境,當(dāng)有源設(shè)備數(shù)量較多時(shí)很難實(shí)現(xiàn)互相正交極化。

圖1 各種交叉極化下的增益衰減

1.2 功率域管控

功率域管控是指根據(jù)有源設(shè)備的功率大小對(duì)偵察接收機(jī)靈敏度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的方式。有源設(shè)備根據(jù)當(dāng)前信號(hào)的功率信息進(jìn)行綜合判斷,實(shí)時(shí)對(duì)偵察接收機(jī)進(jìn)行靈敏度控制,減小有源設(shè)備主頻及雜散對(duì)偵察機(jī)的影響,同時(shí)偵察機(jī)能正常偵收外界信號(hào),實(shí)現(xiàn)有源設(shè)備和偵察接收機(jī)的兼容工作。該方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,設(shè)備量小;缺點(diǎn)是管控流程復(fù)雜,調(diào)試難度較高。

1.3 時(shí)域管控

時(shí)域管控是指雷達(dá)與電子戰(zhàn)偵察接收機(jī)在工作時(shí)間上錯(cuò)開(kāi),實(shí)現(xiàn)分時(shí)工作,從而減少對(duì)電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響。時(shí)域管控的工作原理是利用雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號(hào),產(chǎn)生寬度可調(diào)整的匿影波門(mén)信號(hào)。由于匿影脈沖經(jīng)電纜傳輸至偵察接收機(jī)會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差,因此匿影脈沖需要提前雷達(dá)脈沖時(shí)間給出。雷達(dá)脈沖結(jié)束時(shí),雷達(dá)需要一定的響應(yīng)時(shí)間才能關(guān)閉激勵(lì),所以為了保證匿影脈沖有效,其后沿需要展寬時(shí)間。電子戰(zhàn)系統(tǒng)偵察接收機(jī)在匿影波門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間內(nèi)不工作,從而消除了雷達(dá)脈沖信號(hào)對(duì)電子戰(zhàn)系統(tǒng)偵收性能的影響。該方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,設(shè)備量小;缺點(diǎn)是管理不夠細(xì),頻域損失大。時(shí)域管控的工作原理如圖2所示。

圖2 時(shí)域管控工作原理

1.4 頻域管控

頻域管控是根據(jù)雷達(dá)工作的頻段或頻點(diǎn),電子戰(zhàn)偵察接收機(jī)錯(cuò)開(kāi)受干擾工作頻段,使設(shè)備干擾消失或減弱,頻域管控能保證相關(guān)設(shè)備作戰(zhàn)同時(shí)使用。如果雷達(dá)設(shè)備有多個(gè)工作頻段,則可以統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)備的使用頻段,盡量減少電子戰(zhàn)偵察接收機(jī)頻域帶寬的損失。頻域管控方法實(shí)現(xiàn)上主要是在微波前端加不同頻段的帶阻濾波器,通過(guò)雷達(dá)給出的匿影脈沖啟動(dòng)相應(yīng)頻段的硬件帶阻濾波器,進(jìn)行頻率避讓。該方法的優(yōu)點(diǎn)是頻域損失小,效能影響小;缺點(diǎn)是設(shè)備量大,成本高,當(dāng)有多個(gè)雷達(dá)工作時(shí)實(shí)現(xiàn)難度較大。頻域管控的工作原理如圖3所示。

圖3 頻率管控工作原理

常規(guī)電磁兼容管控方法是采用匿影脈沖結(jié)合固定帶阻濾波的方式。由管控設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文提前將需要管理的頻率通知電子戰(zhàn)偵察接收機(jī),同時(shí)通過(guò)電纜硬線將匿影信號(hào)傳輸給偵察接收機(jī)。偵察機(jī)接收到管理頻率報(bào)文后,同時(shí)檢測(cè)與雷達(dá)設(shè)備間的匿影信號(hào),如果匿影信號(hào)有效,則啟動(dòng)相應(yīng)頻段的硬件帶阻濾波器進(jìn)行頻率避讓。該方法存在設(shè)備量大、造價(jià)高的缺點(diǎn),只能對(duì)少數(shù)幾個(gè)雷達(dá)進(jìn)行電磁兼容管控。常規(guī)管控工作原理如圖4所示。

圖4 常規(guī)電磁兼容管控工作原理

2 信道化管控技術(shù)

信道化管控技術(shù)是通過(guò)控制數(shù)字信道化接收機(jī)信道碼實(shí)現(xiàn)管控。管控設(shè)備將艦上輻射源頻率劃分成不同的子信道,通過(guò)光纖傳送信道碼和匿影波門(mén)給數(shù)字接收機(jī)。數(shù)字接收機(jī)將頻段劃分為多個(gè)子信道,監(jiān)測(cè)匿影波門(mén)內(nèi)管控設(shè)備輸出的信道碼,如果信道碼為1,數(shù)字接收機(jī)則關(guān)閉對(duì)應(yīng)的信道。

通常單路光纖可以傳送幾十路信道匿影頻率及波門(mén),大型艦船的輻射源設(shè)備數(shù)量一般不超過(guò)100,2～3路光纖可以實(shí)現(xiàn)電磁兼容管控。由發(fā)送端的并串模塊將路信道化匿影波門(mén)轉(zhuǎn)成串行數(shù)據(jù),經(jīng)光纖接口送至接收端的串并轉(zhuǎn)換模塊,將串行數(shù)據(jù)恢復(fù)成并行的路信道化匿影波門(mén)。由于采樣率的原因,恢復(fù)后的匿影波門(mén)相對(duì)原始匿影波門(mén)在時(shí)序上有抖動(dòng),按100 MHz采樣率、路匿影波門(mén)設(shè)計(jì),因此,匿影波門(mén)相對(duì)射頻脈沖的提前時(shí)間大于。圖5所示為光纖傳送匿影波門(mén)原理圖。

圖5 匿影波門(mén)傳送原理

圖6所示為光纖傳輸接口協(xié)議,光纖數(shù)據(jù)傳輸采用報(bào)文幀格式,1幀傳輸數(shù)據(jù)為1幀報(bào)文,包括同步段,匿影波門(mén)。1幀報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度固定,無(wú)校驗(yàn)。接收端若接收錯(cuò)誤,發(fā)送端不重新發(fā)送數(shù)據(jù)。同步段:每幀報(bào)文開(kāi)始先發(fā)送8字節(jié)同步碼,用于數(shù)據(jù)同步。接收端接收解調(diào)出這兩字節(jié)報(bào)文頭可以判斷接收正常,接收的后續(xù)數(shù)據(jù)有效。數(shù)據(jù)段:報(bào)文傳送的數(shù)據(jù),即對(duì)匿影波門(mén)進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)。數(shù)字接收機(jī)接收到路信道化匿影波門(mén)后,判斷匿影波門(mén)對(duì)應(yīng)的信道是否在數(shù)字接收機(jī)工作的頻帶內(nèi),如果在同一頻帶內(nèi),則關(guān)閉相應(yīng)的子信道完成信道化匿影。圖7所示為信道化匿影原理示意圖。

圖6 光纖傳送協(xié)議

圖7 信道化匿影原理

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于數(shù)字信道化的電磁兼容管控技術(shù),研究了一種基于數(shù)字信道化接收機(jī)的電磁兼容管控技術(shù),對(duì)電子戰(zhàn)偵察機(jī)具有重要意義。信道化管控技術(shù)是一種靈活、高效、設(shè)備量小、成本低的電磁兼容管控技術(shù)。較常規(guī)管控技術(shù),該技術(shù)能大幅提高管控效率,減少頻域損失,可以有效發(fā)揮電子戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。