基于無線電體制的多功能智能靶標(biāo)設(shè)計(jì)＊

葛 堯 韓春生 何四華

（92941部隊(duì)91分隊(duì) 葫蘆島 125000）

1 引言

在進(jìn)行武器系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，靶標(biāo)一般使用在浮筒式載體上加裝多種不同類型、數(shù)量的角反射模擬單元實(shí)現(xiàn)不同噸位典型艦艇的RCS散射特性，這種體積龐大的機(jī)械式角反射體靶標(biāo)受風(fēng)面積大、重心高、迎風(fēng)阻力大、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性差，載體穩(wěn)性受海況環(huán)境因素影響惡劣。尤其在對(duì)艦船進(jìn)行面（體）目標(biāo)散射特性模擬時(shí)，靶標(biāo)自身造價(jià)昂貴，更換狀態(tài)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，保障兵力多，海上作業(yè)難度大，難以滿足快速供靶要求，加之供靶時(shí)，由于其載體尺寸較大，上層結(jié)構(gòu)密集，被命中而損壞概率高，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)，現(xiàn)有面模擬方式提供高速運(yùn)動(dòng)靶標(biāo)的建設(shè)、使用費(fèi)用也難以承受。

基于無線電體制的多功能智能靶標(biāo)體積小，重量輕，特別是在載體甲板以上部分受風(fēng)面積小，有利于減小載體的主體尺寸和噸位，便于實(shí)現(xiàn)載體的高速運(yùn)動(dòng)、降低建設(shè)和使用費(fèi)用。目標(biāo)模式取決于天線樣式，可用一個(gè)天線通過信號(hào)編碼實(shí)現(xiàn)雷達(dá)散射分布特性的模擬，也可用天線陣列及角度伺服實(shí)現(xiàn)空間覆蓋，模擬大型目標(biāo)的雷達(dá)散射分布特性，并且便于通過變更軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的散射特性模擬，從而減輕更換反射器的勞動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)工作條件的苛刻要求，有利于提高靶標(biāo)保障效率。

2 多功能智能靶標(biāo)工作原理及組成框圖

2.1 組成與工作原理

利用數(shù)字射頻存儲(chǔ)和相干轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，構(gòu)建目標(biāo)回波模擬，完成導(dǎo)引頭信號(hào)的接收、變頻、處理，產(chǎn)生多路不同延時(shí)、不同多普勒頻率和相位的目標(biāo)回波信號(hào)輸出。以單天線點(diǎn)目標(biāo)多功能智能靶標(biāo)為例，裝備主要包括天線接收通道、DRFM、發(fā)射通道、本振模塊、數(shù)傳電臺(tái)、信號(hào)控制單元、位置航向測(cè)量系統(tǒng)等組成?；窘M成如圖1。

圖1 單天線多功能智能靶標(biāo)組成框圖

接收天線接收武器系統(tǒng)導(dǎo)引頭的發(fā)射信號(hào)，由接收通道下變頻到較低載頻，便于進(jìn)行信號(hào)處理，在信號(hào)控制單元在數(shù)傳電臺(tái)的指令控制下，經(jīng)ADC采集后送入數(shù)字RAM中存儲(chǔ)，由于接收通道下變頻與發(fā)射通道上變頻采用同一穩(wěn)定本振，模擬回波與導(dǎo)引頭發(fā)射信號(hào)能夠保證波形相同、載波相參。信號(hào)控制單元對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行脈沖幅度檢波，并根據(jù)地面指令設(shè)定相應(yīng)散射面積參數(shù)（即采集信號(hào)的相應(yīng)增益），控制數(shù)控衰減器，形成典型艦船的目標(biāo)特性。受器件工藝影響，脈沖檢波器、DAC和發(fā)射通道會(huì)存在一個(gè)固有傳輸延遲，因此在后延位置形成一個(gè)虛擬的目標(biāo)特性。

2.2 工作過程

武器系統(tǒng)飛行過程中，多功能智能靶標(biāo)根據(jù)試驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，通過靶載遙控設(shè)備接收指令開機(jī)，信號(hào)控制單元須實(shí)時(shí)接收導(dǎo)引頭發(fā)射的遙測(cè)信號(hào)，得到時(shí)刻位置信息，根據(jù)彈道參數(shù)和靶船航向姿態(tài)測(cè)量裝置給出的三維姿態(tài)信息計(jì)算出控制參數(shù)，將控制參數(shù)和控制信號(hào)發(fā)送至伺服系統(tǒng)，保證接收天線和發(fā)射天線的波束能夠覆蓋導(dǎo)引頭。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）是一種可儲(chǔ)存任意射頻信號(hào)，并在延遲可編程時(shí)間后精確輸出的存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)字儲(chǔ)頻不但具有瞬時(shí)帶寬處理能力，而且存儲(chǔ)頻率精度高，不丟失相位信息信號(hào)，保真度好，可存儲(chǔ)任意時(shí)間長(zhǎng)度，連續(xù)復(fù)制與原雷達(dá)信號(hào)完全一致的假目標(biāo)，并可分時(shí)復(fù)用。

為適應(yīng)導(dǎo)引頭頻率捷變及子脈沖線性調(diào)頻信號(hào)，需要數(shù)字射頻存儲(chǔ)器具有大的瞬時(shí)帶寬和動(dòng)態(tài)范圍，并且對(duì)于多發(fā)射天線方案，為了利用一路發(fā)射通道和天線同時(shí)模擬多個(gè)散射點(diǎn)回波，所以在單天線的基礎(chǔ)上又增加了對(duì)高速AD數(shù)據(jù)緩存的延遲疊加處理，此過程中所有處理（包括AD、DA、緩存、延遲讀取、延遲疊加）的操作速率均為1GHz，所以對(duì)處理的實(shí)時(shí)性要求較方案一更高，需要利用大規(guī)模、高性能FPGA并行處理的方式才能實(shí)現(xiàn)，因此導(dǎo)致數(shù)字中頻處理電路的規(guī)模大、數(shù)據(jù)吞吐率高、功耗高，給工程實(shí)現(xiàn)帶來很大困難，是本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

3.2 隔離度設(shè)計(jì)

導(dǎo)引頭發(fā)射功率較低，裝備接收遠(yuǎn)處的導(dǎo)引頭信號(hào)較弱，裝備必須具有較高的接收靈敏度，裝備為保障以收發(fā)同時(shí)方式工作，要求收發(fā)天線之間具有良好的隔離度。裝備在實(shí)際工作時(shí)，面臨較為復(fù)雜的電磁環(huán)境，為避免影響接收機(jī)對(duì)信號(hào)的偵收，裝備采用窄波速定向天線，采用吸波材料將接收天線和發(fā)射天線進(jìn)行物理隔離，采用對(duì)消技術(shù)消除發(fā)射接收天線之間的信號(hào)干擾。此外，在設(shè)計(jì)天線方向圖時(shí)，即要盡量避免天線間的隔離，既要使接收、發(fā)射天線分別位于發(fā)射、接收天線的主波束之外，而且，還要保證武器系統(tǒng)導(dǎo)引頭發(fā)射信號(hào)在整個(gè)靶試過程中均位于接收天線的主瓣范圍內(nèi)。

3.3 逼真度評(píng)估方法

多功能智能靶標(biāo)基于無線電體制，脫離了靶標(biāo)實(shí)體的虛擬靶標(biāo)，可以模擬點(diǎn)目標(biāo)、體目標(biāo)的回波信號(hào)。對(duì)于點(diǎn)目標(biāo)形成相對(duì)簡(jiǎn)單，在體目標(biāo)形成上，目標(biāo)回波模型的建立是目標(biāo)模擬的是否真實(shí)的前提，因此首先必須采用一固定頻率的相位參考信號(hào)，預(yù)先對(duì)各個(gè)通道的增益進(jìn)行標(biāo)校，模擬時(shí)，根據(jù)目標(biāo)散射特性和各個(gè)通道功率標(biāo)校結(jié)果控制數(shù)控衰減器的衰減量，以達(dá)到對(duì)目標(biāo)功率的模擬，實(shí)現(xiàn)不同量級(jí)模擬。為了保證模擬的相似程度，必須利用試驗(yàn)前的先驗(yàn)信息，建立較為真實(shí)的模型，對(duì)模型與典型目標(biāo)進(jìn)行逼真度評(píng)估，以使形成的虛擬靶標(biāo)真實(shí)反映客觀實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景。

3.4 測(cè)量標(biāo)校方法

由于采用了無線電體制形成靶標(biāo)目標(biāo)特性模擬，各器件之間存在工藝延時(shí)，形成的為虛擬靶標(biāo)，相對(duì)于高速活動(dòng)艇安裝后，載體相對(duì)減小，對(duì)攻擊的效果評(píng)估有一定影響，應(yīng)該采用剛性連接的無線電脫靶量測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，在試驗(yàn)前，根據(jù)各個(gè)通道的精確延時(shí)（即后延距離），進(jìn)行標(biāo)校，得到兩者的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，便于進(jìn)行事后數(shù)據(jù)處理。

3.5 定向技術(shù)

由于接收和發(fā)射天線采用的是有一定波束寬度的定向天線，為了使所有天線波束中心都能夠覆蓋導(dǎo)引頭所在空域，一方面需要合理安排天線的擺放位置，另一方面，需要適時(shí)調(diào)整靶船姿態(tài)。擬讓所有天線沿靶船軸線直線分布，波束中心與靶船軸線垂直，并與靶船平面夾角與波束半寬度相當(dāng)，側(cè)推器只需調(diào)整靶船的方位，讓導(dǎo)引頭發(fā)射信號(hào)入射波方向與靶船軸線垂直，即可保證所有天線波束中心都能夠覆蓋導(dǎo)引頭所在空域，需要應(yīng)用PID技術(shù)，保障側(cè)推器在有效時(shí)間內(nèi)滿足定向。

4 結(jié)語(yǔ)

利用無線電體制，融合DRFM技術(shù)，通過接收外部微弱雷達(dá)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行精確復(fù)制，并可根據(jù)試驗(yàn)不同需求，設(shè)置雷達(dá)信號(hào)的幅度、頻率及時(shí)間等參數(shù)信息，重新在輸出端發(fā)射，完成雷達(dá)回波信號(hào)模擬，實(shí)現(xiàn)典型艦船高速運(yùn)動(dòng)特性下的散射特性模擬，可節(jié)省人力、物力、財(cái)力，具有一定的軍事、經(jīng)濟(jì)效益。

［1］米切爾R L.雷達(dá)模擬系統(tǒng)［M］.北京：科學(xué)出版社，1982.

［2］［美］Merrill I，Skolnik.雷達(dá)手冊(cè) Randar Handbook（Second E－dition）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1995.