機(jī)載射頻系統(tǒng)地面試驗(yàn)外場(chǎng)建設(shè)的新思路?

陳杰（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

機(jī)載射頻系統(tǒng)地面試驗(yàn)外場(chǎng)建設(shè)的新思路?

陳杰
（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

介紹了國(guó)外機(jī)載射頻系統(tǒng)的組成，分析了機(jī)載射頻系統(tǒng)的戰(zhàn)技指標(biāo)，探討了國(guó)外試驗(yàn)外場(chǎng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備配備。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了機(jī)載射頻系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容，提出針對(duì)機(jī)載射頻系統(tǒng)地面測(cè)試外場(chǎng)建設(shè)的新思路，為工程實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

第四代戰(zhàn)斗機(jī)；機(jī)載射頻系統(tǒng)；外場(chǎng)試驗(yàn)；地面場(chǎng)地建設(shè)

1 引言

第四代戰(zhàn)斗機(jī)的基本要求是低可探測(cè)性隱身性能、超音速巡航、超視距攻擊。目前服役的只有F-22（F-35即將服役，T-50進(jìn)行試飛）能達(dá)到下一代戰(zhàn)斗機(jī)的水平。

機(jī)載射頻傳感器是四代機(jī)最重要設(shè)計(jì)部分，其配備功能線程較多，功能復(fù)雜，涉及頻段廣，功率起伏大。國(guó)外第四代戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)基本思路是綜合化，做到共用、復(fù)用等。而以上設(shè)計(jì)思路在上一代戰(zhàn)斗機(jī)中并未涉及，這種跨越式必將是個(gè)反復(fù)設(shè)計(jì)、反復(fù)實(shí)踐、反復(fù)迭代的過(guò)程。而作為研發(fā)流程中的地面外場(chǎng)試驗(yàn)也至關(guān)重要，建立一個(gè)完善、智能、綜合化的地面機(jī)載綜合射頻傳感器系統(tǒng)測(cè)試外場(chǎng)是需要重點(diǎn)考慮的。

本文通過(guò)對(duì)國(guó)外第四代戰(zhàn)斗機(jī)綜合射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，結(jié)合其地面外場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目及其外場(chǎng)建設(shè)大概內(nèi)容，提出對(duì)下一代戰(zhàn)斗機(jī)綜合射頻系統(tǒng)試驗(yàn)外場(chǎng)建設(shè)的思路。

2 國(guó)外機(jī)載射頻傳感器介紹

2.1 國(guó)外機(jī)載射頻傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

國(guó)外戰(zhàn)斗機(jī)主要射頻傳感器［1］有機(jī)載火控雷達(dá)（RD）、告警接收機(jī)（RWR）、無(wú)源探測(cè)（ESM）、有源干擾（ECM）、敵我識(shí)別（IFF）、UV通信、JTIDS、塔康、儀表著陸、微波著陸、高度表、衛(wèi)星通信、飛行數(shù)據(jù)鏈（IFDL）-F22、多孔徑數(shù)據(jù)鏈（MADL）-F35等。

2.1.1 F-22的射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

F-22是國(guó)際上第一種引入機(jī)載電子系統(tǒng)綜合化設(shè)計(jì)理念的機(jī)型，并且實(shí)現(xiàn)了真正的綜合化。這種高度的綜合化體現(xiàn)在資源綜合利用、數(shù)據(jù)綜合處理、人機(jī)綜合顯控上：所有傳感器、系統(tǒng)和任務(wù)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的單一的人機(jī)接口；同步分配共享的情況、任務(wù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)；采用標(biāo)準(zhǔn)的“開(kāi)放式”結(jié)構(gòu)及接口的通用、模塊化處理模塊。

F-22首次使用了CIP（通用綜合處理器）進(jìn)行所有傳感器輸入、輸出數(shù)據(jù)的處理和分發(fā)，是F-22

真正的“大腦”。CIP是包含信息處理與數(shù)據(jù)處理單元的插入式模塊架，配有7種標(biāo)準(zhǔn)處理模塊，負(fù)責(zé)所有機(jī)載傳感器和任務(wù)設(shè)備的信號(hào)和數(shù)據(jù)處理。

F-22另外一個(gè)射頻綜合設(shè)計(jì)是ALR-94電子戰(zhàn)系統(tǒng)和APG-77雷達(dá)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，利用ALR

-94探測(cè)到敵方雷達(dá)信息，通過(guò)APG-77有源陣面進(jìn)行大功率、多波束的干擾，達(dá)到壓制對(duì)方的目的。而APG-77雷達(dá)有源相控陣可作為雷達(dá)發(fā)射、接收天線，也可作為電子戰(zhàn)無(wú)源探測(cè)和干擾天線，還可作為通信收發(fā)天線。這種跨功能設(shè)計(jì)是F-22射頻綜合化的一大特點(diǎn)，也是洛克希德·馬丁公司（簡(jiǎn)稱洛馬公司）總體設(shè)計(jì)的技術(shù)結(jié)晶。

2.1.2 F-35的射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

F-22是四代機(jī)的典型代表，但是作為戰(zhàn)斗機(jī)眼睛和耳朵的射頻傳感器系統(tǒng)沒(méi)有做到真正的綜合化設(shè)計(jì)，F(xiàn)-35的設(shè)計(jì)是在F-22的基礎(chǔ)上進(jìn)行了更多的改進(jìn)和綜合，使F-35在射頻綜合設(shè)計(jì)上更加趨于完善。

F-35射頻傳感器進(jìn)行了高度綜合設(shè)計(jì)［2］，多功能綜合射頻系統(tǒng)（MIRFS）是F-22航空電子技術(shù)趨于成熟的一個(gè)重要組成部分，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）孔徑綜合共用

雷達(dá)、電子戰(zhàn)共有雷達(dá)有源相控陣孔徑，電子戰(zhàn)某些頻段與通信、導(dǎo)航、識(shí)別（CNI）共用孔徑，CNI利用雷達(dá)陣面進(jìn)行通信。

（2）處理系統(tǒng)綜合共用

各個(gè)射頻傳感器共用功能強(qiáng)大的綜合核心處理機(jī)（ICP）進(jìn)行信息、數(shù)據(jù)處理，ICP經(jīng)過(guò)多源處理、融合后將最后結(jié)果傳輸給飛行員，減少了飛行員的分析處理壓力［3］。

（3）射頻信道綜合共用

射頻開(kāi)關(guān)、中頻開(kāi)關(guān)和寬帶超外差前端等均可同時(shí)或分時(shí)利用，通過(guò)ICP軟件進(jìn)行分配和重構(gòu)使用。

（4）模塊通用化

ICP、射頻信道大量模塊實(shí)現(xiàn)通用，互為備份，將模塊種類大大壓縮，提高系統(tǒng)可靠性和可維修性。

總之，F(xiàn)-35是目前國(guó)際上第四代戰(zhàn)斗機(jī)中最先進(jìn)的設(shè)計(jì)。由于是聯(lián)合設(shè)計(jì)，所以F-35匯聚了美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家航空電子設(shè)計(jì)的精華，滿足了21世紀(jì)戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)需求，值得我國(guó)四代機(jī)航電綜合化設(shè)計(jì)借鑒。

2.2 國(guó)外機(jī)載射頻傳感器系統(tǒng)外場(chǎng)試驗(yàn)分析

資料顯示，F(xiàn)-22、F-35等國(guó)外先進(jìn)四代機(jī)射頻綜合系統(tǒng)進(jìn)行試飛前，經(jīng)歷了桌面聯(lián)式、暗室測(cè)試和地面外場(chǎng)無(wú)線輻射試驗(yàn)。地面外場(chǎng)無(wú)線輻射試驗(yàn)是極其重要的一環(huán)，在達(dá)到地面試驗(yàn)預(yù)期后方進(jìn)行空中試飛。為此，F(xiàn)-35總承包方洛克希德·馬丁公司在地面建設(shè)了復(fù)雜的試驗(yàn)外場(chǎng)，主要包含中心測(cè)試塔（含戰(zhàn)機(jī)等比模型）、復(fù)雜電磁環(huán)境、靜態(tài)／動(dòng)態(tài)威脅多目標(biāo)系統(tǒng)、協(xié)作目標(biāo)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)和評(píng)估系統(tǒng)等。

通過(guò)查閱資料，美國(guó)F-22、F-35射頻綜合主要涉及傳感器有雷達(dá)、電子戰(zhàn)設(shè)備、CNI設(shè)備等，所以其外場(chǎng)具備的模擬器有以下幾種：

（1）雷達(dá)信號(hào)模擬，模擬器交戰(zhàn)飛機(jī)的雷達(dá)發(fā)送信號(hào)和地面威脅雷達(dá)信號(hào)等；

（2）復(fù)雜電磁環(huán)境模擬，模擬高密度的復(fù)雜電磁環(huán)境，包含普通雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)、雜波信號(hào)等［4］；

（3）雷達(dá)目標(biāo)回波模擬，模擬機(jī)載火控雷達(dá)目標(biāo)，已經(jīng)欺騙誘餌目標(biāo)等，可對(duì)RCS、多普勒、距離進(jìn)行調(diào)制；

（4）無(wú)源雷達(dá)模擬，模擬威脅方無(wú)源探測(cè)設(shè)備，監(jiān)控本機(jī)射頻系統(tǒng)輻射信號(hào)；

（5）協(xié)作目標(biāo)模擬，模擬數(shù)據(jù)鏈、電臺(tái)、導(dǎo)航等協(xié)作目標(biāo)的信號(hào)反饋模擬。

測(cè)試手段有：

（1）地面固定點(diǎn)測(cè)試；

（2）地面動(dòng)目標(biāo)測(cè)試，利用電掃信號(hào)模擬動(dòng)態(tài)目標(biāo)；

（3）空中動(dòng)目標(biāo)測(cè)試，利用無(wú)人機(jī)、氣球等進(jìn)行控制目標(biāo)模擬；

（4）分析評(píng)估手段，洛克希德·馬丁公司和美國(guó)軍方均有先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析評(píng)估系統(tǒng)，滿足測(cè)試輸出錄取處理的需要。

通過(guò)以上測(cè)試系統(tǒng)的組成我們可以分析：F-35在地面將模擬逼真的空中復(fù)雜電磁環(huán)境，例如火控雷達(dá)信號(hào)、跟蹤雷達(dá)信號(hào)、干擾信號(hào)、通信信號(hào)等，然后模擬敵、友的目標(biāo)屬性，比如RCS、距離、速度、位置和輻射信號(hào)特性等，還模擬指揮基地或僚機(jī)的協(xié)作信號(hào)，比如電臺(tái)應(yīng)答、數(shù)據(jù)鏈通信、IFF應(yīng)答、導(dǎo)航信號(hào)等?？傊?，洛馬公司在地面盡可能營(yíng)造戰(zhàn)機(jī)在空中起伏、巡航、格斗和著陸等不同狀態(tài)時(shí)的電磁態(tài)勢(shì)，為F -35在地面進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試奠定基礎(chǔ)。

3 未來(lái)機(jī)載射頻系統(tǒng)外場(chǎng)建設(shè)考慮

3.1 機(jī)載綜合射頻系統(tǒng)試驗(yàn)外場(chǎng)功能

機(jī)載綜合射頻系統(tǒng)試驗(yàn)外場(chǎng)主要是滿足綜合射頻系統(tǒng)在研究階段的軟硬件調(diào)試，以及系統(tǒng)后期的子系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)綜合測(cè)試和系統(tǒng)交付驗(yàn)收時(shí)的戰(zhàn)技指標(biāo)測(cè)試。具備功能有：

（1）逼真模擬空空、空面復(fù)雜電磁環(huán)境；

（2）逼真模擬作戰(zhàn)對(duì)象動(dòng)、靜態(tài)目標(biāo)；

（3）逼真模擬協(xié)作對(duì)象信號(hào)；

（4）具備全方位、全頻段、大空域試驗(yàn)視野；

（5）系統(tǒng)具備良好的指揮調(diào)度、監(jiān)視、控制、試驗(yàn)結(jié)果錄取分析、態(tài)勢(shì)顯示等能力；

（6）具有良好的可擴(kuò)展功能。

3.2 機(jī)載射頻系統(tǒng)外場(chǎng)試驗(yàn)需求分析

借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)思路，結(jié)合實(shí)際研究特點(diǎn)，機(jī)載射頻系統(tǒng)外場(chǎng)試驗(yàn)需求主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析考慮。

（1）系統(tǒng)內(nèi)各功能的兼容性測(cè)試

隨著綜合化的深入，各功能線程并發(fā)運(yùn)行情況較多，作為機(jī)載設(shè)備，在有限的空間里各功能相互之間的兼容性如何必須定量測(cè)試，以給出各功能兼容工作后戰(zhàn)技指標(biāo)是否滿足需求。機(jī)載射頻系統(tǒng)功能較差嚴(yán)重，頻率重疊或諧波影響矛盾日益突出，在設(shè)計(jì)之初對(duì)以上方面進(jìn)行了技術(shù)要求，地面外場(chǎng)是無(wú)線驗(yàn)證或調(diào)試設(shè)計(jì)的必要過(guò)程。

兼容性測(cè)試主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)大的方面：雷達(dá)發(fā)射對(duì)電子戰(zhàn)無(wú)源接收的影響；電子干擾發(fā)射對(duì)雷達(dá)接收的影響；雷達(dá)發(fā)射對(duì)通信導(dǎo)航的影響；通信導(dǎo)航對(duì)電子戰(zhàn)無(wú)源接收的影響；電子干擾對(duì)通信導(dǎo)航的影響；其他兼容問(wèn)題。

（2）資源共用性能測(cè)試

綜合化的一個(gè)特點(diǎn)就是資源共用，尤其是綜合化天線的共用。而資源共用后系統(tǒng)性能是否得以保證，是否滿足戰(zhàn)技指標(biāo)，需要進(jìn)行外場(chǎng)無(wú)線輻射試驗(yàn)方可驗(yàn)證。

資源共用測(cè)試主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)大的方面：共用孔徑測(cè)試；共用處理資源測(cè)試；其他共用資源測(cè)試。

（3）各子系統(tǒng)協(xié)同分析處理試驗(yàn)

由于綜合射頻系統(tǒng)功能眾多，而戰(zhàn)機(jī)對(duì)外界態(tài)勢(shì)感知需要各傳感器綜合分析、協(xié)同處理來(lái)得到。比如雷達(dá)和無(wú)源探測(cè)進(jìn)行協(xié)同探測(cè)，模擬逼真的有源、無(wú)源目標(biāo)，通過(guò)各自傳感器進(jìn)行探測(cè)然后綜合協(xié)同反省處理得出真實(shí)航跡。這類試驗(yàn)將驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各傳感器真正的綜合化。

主要測(cè)試項(xiàng)目有傳感器數(shù)據(jù)融合測(cè)試、傳感器互引導(dǎo)測(cè)試、其他綜合系統(tǒng)測(cè)試。

（4）綜合系統(tǒng)和各子系統(tǒng)戰(zhàn)技指標(biāo)測(cè)試

需要對(duì)綜合系統(tǒng)和子系統(tǒng)進(jìn)行外場(chǎng)無(wú)線驗(yàn)收和指標(biāo)測(cè)試時(shí)，結(jié)合配試模擬器進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)收，包括雷達(dá)功能性能指標(biāo)測(cè)試、電子戰(zhàn)功能性能指標(biāo)測(cè)試、通信導(dǎo)航功能性能指標(biāo)測(cè)試、其他功能測(cè)試指標(biāo)測(cè)試。

（5）其他特殊功能測(cè)試

能按用戶要求進(jìn)行特殊功能的測(cè)試。

3.3 機(jī)載射頻系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)備組成

要滿足以上試驗(yàn)需求，筆者認(rèn)為試驗(yàn)外場(chǎng)由以下設(shè)備組成［4］，見(jiàn)表1。

試驗(yàn)外場(chǎng)組成框圖如圖1所示。

3.4 機(jī)載射頻系統(tǒng)地面試驗(yàn)外場(chǎng)布局及要求

機(jī)載射頻系統(tǒng)地面試驗(yàn)外場(chǎng)分布圖如圖2所示。

3.4.1 場(chǎng)地需求

由于要在地面模擬機(jī)載空空環(huán)境，所以盡量要求空域廣闊，減少射頻波束的折射和反射，根據(jù)國(guó)內(nèi)外各類型電子試驗(yàn)場(chǎng)地的經(jīng)驗(yàn)，要求試驗(yàn)場(chǎng)地至少為1 km×1 km；地面平坦無(wú)遮擋，良好的通視條件；具備模擬器設(shè)備運(yùn)輸?shù)牡缆泛屯ㄐ诺墓饫w線路。

3.4.2 布陣需求

布陣基本要求如下：

（1）試驗(yàn)高塔布局在試驗(yàn)場(chǎng)靠邊位置，基本保證目標(biāo)模擬設(shè)備與被試射頻系統(tǒng)有900 m左右的通視距離；

（2）模擬器與被試設(shè)備距離要求；

（3）最小遠(yuǎn)場(chǎng)距離要求：滿足公式R≥2D2／λ，式中R為遠(yuǎn)場(chǎng)距離，D為天線口徑，λ為信號(hào)波長(zhǎng)；

（4）模擬器發(fā)射功率：在被試設(shè)備靈敏度恒定的情況下，模擬器發(fā)射功率有限，所以對(duì)布陣有一定影響，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算分析；

（5）模擬器靈敏度：在被試設(shè)備發(fā)射信號(hào)功率恒定的情況下，模擬器靈敏度設(shè)計(jì)不同，對(duì)布陣有一定影響，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算分析；

（6）環(huán)境因素：由于機(jī)載射頻系統(tǒng)有大功率發(fā)射的設(shè)備，電磁輻射對(duì)周邊環(huán)境將造成一定影響，布陣時(shí)應(yīng)考慮發(fā)射方向避開(kāi)建筑物和人口密集方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者通過(guò)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)的測(cè)試內(nèi)容、配試模擬器設(shè)備、配套保障設(shè)施、試驗(yàn)場(chǎng)的要求以及設(shè)備布陣等進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，旨在提出建設(shè)先進(jìn)的機(jī)載射頻系統(tǒng)試驗(yàn)外場(chǎng)方法。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)相應(yīng)的綜合試驗(yàn)外場(chǎng)，本文工作對(duì)后期實(shí)驗(yàn)外場(chǎng)建設(shè)具有一定借鑒作用。由于筆者對(duì)國(guó)外資料理解有限，以上方法思路還有較多不足之處，且在具體機(jī)載射頻系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)外場(chǎng)還有具體的要求。以上只是筆者的粗識(shí)拙見(jiàn)，愿拋磚引玉，與同行專家商榷，共同促進(jìn)機(jī)載射頻系統(tǒng)的研究。

［1］Ian Moir.軍用航空電子系統(tǒng)［M］.吳漢平，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2008：3-29. Ian Moir.military Avionics System［M］.Translated by WU Han-ping.Beijing：Publishing House of Electronic Industry，2008：3-29.（in Chinese）

［2］Jay Miller.“猛禽”F-22［M］.楊晨光，白堃，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2009：150-160. Jay Miller.Lockheed Martin F／A-22 Raptor［M］.Translated by YANG Chen-guang，BAI Kun.Beijing：Popular Science Press，2009：150-160.（in Chinese）

［3］陳穎，陳德志.航空傳感器綜合處理機(jī)的開(kāi)放式體系架構(gòu)［J］.電訊技術(shù)，2005，45（2）：107-110. CHEN Ying，CHEN De-zhi.Open Systems Architecture of Airborne Integrated Processor［J］.Telecommunication Engineering，2005，45（2）：107-110.（in Chinese）

［4］周宏偉.密集復(fù)雜電磁環(huán)境下電子對(duì)抗裝備外場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備能力需求［J］.艦船電子對(duì)抗，2010，33（3）：18-22. ZHOU Hong-wei.Capability Requirement of Outfield Test Devices for Electronic Countermeasure Equipments in The Dense Complex Electromagnetic Environment［J］.Shipboard Electronic Countermeasure，2010，33（3）：18-22.（in Chinese）

［5］戎建剛，魏建寧，黃和國(guó).如何構(gòu)建電子戰(zhàn)靶場(chǎng)的復(fù)雜電磁環(huán)境［J］.電子對(duì)抗，2010（1）：6-10. RONG Jian-gang，WEIJian-ning，HUANG He-guo.How to Built Complex Electromagnetic Environment of Electronic Warfare Target Range［J］.Electronic Warfare，2010（1）：6-10.（in Chinese）

A New Thinking of Constructing Outfield Experiment Site for Airborne Radio Frequency Systems

CHEN Jie
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The composition of foreign airborne radio frequency（RF）system is introduced.The tactical and technical performance indexes of RF system are analysed.The design and equipmentconfiguration of foreign outfield experiment site are discussed.By referring to the foreign experience for reference，the experiment content of RF system is summarized and a new design thinking ofconstructing outfield experimentsite for airborne RF system is presented.This design lays a foundation for the engineering implementation.

the fourth generation fighter；airborne radio frequency system；outfield experiment；site construction

V243

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.03.033

陳杰（1977—），男，四川萬(wàn)源人，工程師，主要研究方向機(jī)載電子戰(zhàn)。

1001-893X（2012）03-0414-04

2011-11-03；

2012-02-27

CHEN Jie was born in Wanyuan，Sichuan Province，in 1977.He is now an engineer.His research direction is airborne electronic warfare.

Email：jet0314008＠163.com