間斷照射碼元寬度對(duì)導(dǎo)彈截獲低速目標(biāo)能力的影響

楊革文，黃 蓓，陳德紅，胡天俊，顧村鋒

（1.上海機(jī)電工程研究所，上海 201109；2.上海航天技術(shù)研究院，上海 201109）

0 引言

在防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中，地面雷達(dá)測(cè)量的目標(biāo)信息可通過照射器的照射信號(hào)傳輸至導(dǎo)彈，其數(shù)據(jù)傳輸方式為在發(fā)射信號(hào)上調(diào)制副載頻信號(hào)，在導(dǎo)彈接收端對(duì)副載頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。該方式是從國(guó)外引進(jìn)的，已有成功應(yīng)用。在擴(kuò)展應(yīng)用時(shí)，各武器系統(tǒng)因同時(shí)攔截目標(biāo)數(shù)量和傳輸信息量要求不同，間斷照射制導(dǎo)系統(tǒng)單次照射時(shí)間也各不相同，當(dāng)間斷照射制導(dǎo)系統(tǒng)單次照射目標(biāo)的時(shí)間確定后，如單次傳輸?shù)男畔⒘枯^多，或單次傳輸?shù)男畔⒘坎欢嗟珕未握丈鋾r(shí)間較短，就需減小上傳每位信息碼的時(shí)間長(zhǎng)度，即碼元寬度減小。由于副載頻信號(hào)的交調(diào)效應(yīng)，碼元寬度對(duì)應(yīng)的頻率可能落在載頻附近，這種交調(diào)諧波對(duì)相位噪聲品質(zhì)要求很高的多普勒雷達(dá)接收機(jī)來說就是寄生雜散，若不重視則將嚴(yán)重影響導(dǎo)彈對(duì)初始截獲低速目標(biāo)的能力［1］。擴(kuò)展應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮間斷照射時(shí)間和碼元寬度等參數(shù)調(diào)整對(duì)系統(tǒng)與導(dǎo)彈性能的影響及其程度，但相關(guān)研究未見報(bào)道。為此，本文對(duì)碼元寬度對(duì)導(dǎo)彈初始截獲低速目標(biāo)能力的影響進(jìn)行了分析。

1 照射信號(hào)頻譜特征

某照射雷達(dá)通過調(diào)制副載頻傳送信息碼信號(hào)，當(dāng)傳送的信息碼各位均為1時(shí)，在照射時(shí)間內(nèi)，其信號(hào)形式為

式中：f0，f1分別為信號(hào)載頻和副載頻頻率；τ為碼元寬度；β為調(diào)制系數(shù)；U0為幅值。

式（1）可變形為

為便于計(jì)算，取U0＝1。根據(jù)頻率調(diào)制原理，分析副載頻及其相互交調(diào)的信號(hào)，式（3）可變?yōu)?/p>

式中：Jn（x）為以x為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)（n為整數(shù)），且

調(diào)制系數(shù)決定了副載頻信號(hào)幅值和各次諧波的幅值及其相對(duì)基波的功率，需要根據(jù)相干譜要求適當(dāng)選取，以不對(duì)信息碼解碼產(chǎn)生干擾為原則，一般要求調(diào)制系數(shù)β≤0.5，故取β＝0.2，則m1＝0.1，m2＝0.05，m3＝0.05，忽略小量，各頻率分量的幅值Us見表1。副載頻頻率值的選取決定了信息碼偏離載頻的位置，一般要求副載頻選擇應(yīng)高于彈目多普勒工作范圍，載頻選取不對(duì)信號(hào)頻譜產(chǎn)生影響。本文取X波段典型值10GHz。碼元寬度決定了各次諧波分量偏離載頻的頻率值的位置，本文對(duì)此進(jìn)行重點(diǎn)討論。

分析式（4）各頻率分量，在載頻右側(cè)，除需關(guān)注ω＋ω1，ω＋ω2，ω＋ω3等含信息碼的頻率分量外，還應(yīng)關(guān)注近載頻交調(diào)諧波信號(hào)，因?yàn)榈退倌繕?biāo)多普勒頻率信號(hào)落在該頻段內(nèi)，如有能量足夠強(qiáng)的交調(diào)諧波也在此頻段，該交調(diào)諧波就會(huì)影響低速目標(biāo)的鎖定，雷達(dá)導(dǎo)引頭可能因誤鎖此交調(diào)諧波為目標(biāo)而導(dǎo)致丟失目標(biāo)。

表1 各諧波信號(hào)幅值Tab.1 Amplitude of harmonic signal

不同碼元寬度DE近載頻各次諧波頻率及相對(duì)功率見表2。

圖1 ω至ω＋2ω1頻段功率譜Fig.1 Power spectrume from frequencyωtoω＋2ω1

表2 不同碼元寬度諧波頻率功率Tab.2 Power of different code width harmonic signal

圖2 ω至ω＋ω1頻段功率譜Fig.2 Power spectrume from frequencyωtoω＋ω1

不同導(dǎo)彈對(duì)付的目標(biāo)各異，對(duì)相位噪聲品質(zhì)的要求指標(biāo)亦有所不同，一般要求攻擊目標(biāo)速度范圍對(duì)應(yīng)的多普勒頻率范圍內(nèi)相干調(diào)頻噪聲（單個(gè)譜線）和雜散不大于－80dBc。如導(dǎo)彈需攻擊速度50～1 000m／s目標(biāo)，為保證初始截獲，其對(duì)應(yīng)的X波段多普勒頻率范圍偏離載頻3～150kHz，其相位噪聲品質(zhì)要求則是在偏離載頻3～150kHz范圍內(nèi)相干調(diào)頻噪聲（單個(gè)譜線）等于或小于－80dBc。由圖2和表2可知：如碼元寬度太窄則近載頻單根譜線1／τ，2／τ偏離載頻3～150kHz，明顯超出－80dBc的指標(biāo)要求。

可見，間斷照射碼元寬度的選擇會(huì)對(duì)相位噪聲品質(zhì)產(chǎn)生影響，特別是其對(duì)應(yīng)的一、二次諧波會(huì)直接在近載頻頻譜上寄生雜散，并影響導(dǎo)彈截獲低速目標(biāo)的能力，且碼元寬度越窄，近載頻交調(diào)諧波頻率就越高，對(duì)導(dǎo)彈截獲低速目標(biāo)的能力影響也越大。如取碼元寬度150μs，則可能導(dǎo)致導(dǎo)彈在初始階段對(duì)速度150～200m／s的目標(biāo)也不能截獲，這將嚴(yán)重制約并影響導(dǎo)彈性能。在設(shè)計(jì)半主動(dòng)制導(dǎo)照射系統(tǒng)時(shí)，必須對(duì)此予以重視，在設(shè)計(jì)照射碼元寬度傳輸指令信息時(shí)，需進(jìn)行規(guī)避。

有效規(guī)避間斷照射碼元寬度對(duì)相位噪聲產(chǎn)生的影響降低導(dǎo)彈初始截獲目標(biāo)能力的方法有兩種。一種是增大碼元寬度但信息分多次照射傳輸。由表2可知：碼元寬度增大至大于500μs，才能保證速度大于60m／s目標(biāo)的初始截獲能力，但這會(huì)導(dǎo)致單次照射時(shí)間內(nèi)傳遞的信息量相應(yīng)減少，之前單次照射時(shí)間能傳輸完的信息需分多次照射傳輸。另一種是壓縮碼元寬度并增加1幀專用于傳輸指令的照射期，如能壓縮碼元寬度，使碼元寬度變窄，將所有信息集中在單幀照射期傳輸完整，就可在單次照射時(shí)間內(nèi)傳輸更多的信息量。這會(huì)使所需頻率范圍內(nèi)的相位噪聲嚴(yán)重惡化雜散增多，但若相噪惡化的照射信號(hào)只用于傳輸信息而不用于接收信號(hào)，則不會(huì)對(duì)導(dǎo)彈初始截獲目標(biāo)能力產(chǎn)生影響。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)間斷照射碼元寬度對(duì)導(dǎo)彈截獲低速目標(biāo)能力的影響進(jìn)行了研究。間斷照射碼元寬度對(duì)應(yīng)的頻率一、二次諧波會(huì)對(duì)相位噪聲品質(zhì)產(chǎn)生影響，碼元寬度越窄，近載頻交調(diào)諧波對(duì)導(dǎo)彈截獲低速目標(biāo)的能力影響越大。設(shè)計(jì)制導(dǎo)照射系統(tǒng)時(shí)，不能無(wú)限制壓窄間斷照射碼元寬度，須根據(jù)對(duì)付的目標(biāo)，選擇合適的間斷照射時(shí)間和碼元寬度，規(guī)避對(duì)導(dǎo)彈初始截獲低速目標(biāo)能力的影響。

［1］ RICHARDS M A.雷達(dá)信號(hào)處理基礎(chǔ)［M］.邢孟道，等（譯）.北京：電子工業(yè)出版社，2008.