炮位偵察校射雷達(dá)射頻回波模擬器技術(shù)研究

■ 許冰清 葉 芃 王建軍

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炮位偵察校射雷達(dá)射頻回波模擬器技術(shù)研究

■ 許冰清 葉 芃 王建軍

本文通過對(duì)炮位偵察校射雷達(dá)的作戰(zhàn)用途和工作模式的分析研究，對(duì)非實(shí)戰(zhàn)條件下的使用及訓(xùn)練提出了新的仿真模擬方式，有效解決了炮位偵察校射雷達(dá)調(diào)試、訓(xùn)練過程中的關(guān)鍵技術(shù)和難題，具有重要軍事應(yīng)用價(jià)值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1.前言

炮位偵察校射雷達(dá)是八十年代首先由美國研發(fā)并投入使用的一種戰(zhàn)場偵察雷達(dá)。這種雷達(dá)無需與敵方火炮陣地通視，僅需搜索跟蹤敵方火炮發(fā)射的彈丸即可精確確定敵方火炮陣地位置坐標(biāo)。炮位偵察校射雷達(dá)既能快速偵察敵方炮兵陣地，又能對(duì)我方炮兵射擊進(jìn)行校正射擊，反應(yīng)速度快，定位精度高，是炮兵實(shí)施精確偵察、快速反擊的有力武器，極大地提高了炮兵戰(zhàn)場情報(bào)保障能力。炮位偵察校射雷達(dá)因而受到世界各國的高度重視，得到快速發(fā)展。

在非實(shí)彈射擊條件下，因目標(biāo)環(huán)境無法滿足炮位偵察校射雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)使用要求，無論是在生產(chǎn)調(diào)試階段或作戰(zhàn)訓(xùn)練過程中，如何檢驗(yàn)雷達(dá)搜索、驗(yàn)證、跟蹤性能，判斷雷達(dá)工作狀態(tài)，如何實(shí)施雷達(dá)偵察校射作業(yè)訓(xùn)練，一直是世界各國炮位偵察校射雷達(dá)研制和使用中的難題。研制和開發(fā)能夠全面測試和檢驗(yàn)炮位偵察校射雷達(dá)性能、判斷雷達(dá)是否故障、簡化雷達(dá)訓(xùn)練方式的機(jī)外空饋目標(biāo)生成系統(tǒng)（即雷達(dá)射頻回波模擬器），是解決上述問題的重要途徑，不僅能為炮位偵察校射雷達(dá)日常訓(xùn)練提供有效手段，而且對(duì)炮位偵察校射雷達(dá)研制開發(fā)和檢測維修保障提供一種新手段，具有重要軍事應(yīng)用價(jià)值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2.發(fā)展現(xiàn)狀

一些發(fā)達(dá)國家普遍使用雷達(dá)信號(hào)生成裝置，凡是用雷達(dá)作為探測手段的武器系統(tǒng)，一般均配有比較先進(jìn)的雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生裝置，以逼真地模擬雷達(dá)實(shí)際工作情況。目前美國已有兩百多家公司在研制訓(xùn)練模擬器材，每年投資十多億美元，美國國防部所屬的三軍都成立了人機(jī)環(huán)境研究所，從事軍用訓(xùn)練模擬器材研發(fā)工作。

美國Melibu Research公司研制的采用計(jì)算機(jī)+雷達(dá)信號(hào)生成裝置硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雷達(dá)環(huán)境模擬設(shè)備，主要針對(duì)AN/TPQ-36/37相控陣?yán)走_(dá)整機(jī)調(diào)試和性能測試的雷達(dá)模擬器，該雷達(dá)環(huán)境模擬器RES能夠模擬含有目標(biāo)、噪聲、地雜波、海雜波和電子戰(zhàn)等各類環(huán)境下的雷達(dá)回波，可提供射頻、中頻、視頻和數(shù)字等四種形式雷達(dá)回波信號(hào)。

歐洲COBRA雷達(dá)的彈道目標(biāo)回波信號(hào)生成系統(tǒng)采用了44個(gè)天線單元，天線支架高1229.36cm，兩個(gè)相鄰天線單元的距離為13.97cm，雷達(dá)與系統(tǒng)徑向距離186.3m，兩個(gè)單元對(duì)雷達(dá)天線相位中心張角0.43°，模擬目標(biāo)運(yùn)動(dòng)仰角范圍：1.8°～4°。能檢驗(yàn)COBRA雷達(dá)的定位性能。

國內(nèi)從上世紀(jì)90年代開始相繼出現(xiàn)有關(guān)雷達(dá)信號(hào)模擬裝置的研究報(bào)告，但多是基于雷達(dá)視頻回波信號(hào)的模擬而開發(fā)研制，而能夠在脫機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)射頻回波信號(hào)模擬的模擬設(shè)備較少，尤其是彈道目標(biāo)信號(hào)生成裝置的研制目前尚處空白。

3.系統(tǒng)組成與作用原理

3.1系統(tǒng)組成

射頻回波模擬器系統(tǒng)主要由天線、主機(jī)、放大模塊、升降桿、存放箱及繞線盤等組成。

3.2作用原理

射頻回波模擬器工作原理框圖見圖1，射頻回波模擬器工作時(shí)，天線掛裝在升降桿上，由電纜連接到升降桿下的主機(jī)，主機(jī)由雷達(dá)本體經(jīng)電纜提供激勵(lì)信號(hào)，雷達(dá)提供AC220 V交流電（或者使用市電）。

遙控軟件運(yùn)行在雷達(dá)操控終端上（或獨(dú)立的電腦上），通過RS485接口同主機(jī)通信，遙控軟件運(yùn)行時(shí)提供射頻回波模擬器操作的人機(jī)界面，操作人員可通過鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)置射頻回波模擬器的工作頻率、工作方式等工作參數(shù)，并通過調(diào)用彈道回波數(shù)據(jù)生成軟件生成一組要模擬的彈道回波數(shù)據(jù)，遙控軟件將這些參數(shù)和數(shù)據(jù)通過有線通信電纜發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)根據(jù)這些參數(shù)和數(shù)據(jù)對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，形成模擬回波信號(hào)，并發(fā)射出去，雷達(dá)接收到回波信號(hào)后就可以解析出彈道信息，完成模擬訓(xùn)練的功能。

4.關(guān)鍵技術(shù)分析

射頻回波模擬器主要有如下關(guān)鍵技術(shù)：一維天線陣技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

天線是用來接收雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，并在目標(biāo)模擬的位置輻射模擬回波信號(hào)。一種天線形式是單元陣，若模擬目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的效果不影響雷達(dá)的跟蹤性能，單元間距對(duì)雷達(dá)的張角應(yīng)小于雷達(dá)跟蹤測角的精度，再選取模擬目標(biāo)的仰角運(yùn)動(dòng)范圍（一般3°左右），可得到需要的輻射單元數(shù)目，每個(gè)輻射單元需要相應(yīng)的電纜、射頻控制開關(guān)等，設(shè)備量多，成本相對(duì)較高。

另一種天線形式是采用一個(gè)單元仰角沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的方式，模擬彈道目標(biāo)仰角的運(yùn)動(dòng)，則省掉了大量的射頻開關(guān)，僅需要一根射頻電纜，采用這種天線形式的技術(shù)難點(diǎn)在天線折疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)和天線單元沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的限制。另外，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流很大，會(huì)造成直流電源電壓的下降，使其他電路工作不正常，電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)和終止運(yùn)動(dòng)的安全保護(hù)，是一個(gè)必須考慮的安全因素，電機(jī)加速減速過程也使得勻速運(yùn)動(dòng)的行程范圍變小，天線運(yùn)動(dòng)行程要考慮加速減速段，雖然設(shè)備量少，但可靠性和安全性低。

綜上所述，選擇天線單元陣雖然成本有所增加，但是設(shè)備安全可靠，模擬的目標(biāo)速度也能滿足要求，天線單元陣采用一維線陣，用1根射頻電纜和1根多芯控制電纜同主機(jī)連接?？删C合考慮射頻開關(guān)、運(yùn)輸和架裝條件，將天線單元陣分為若干輻射組件，每個(gè)輻射組件通過穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜與射頻開關(guān)相連，輻射單元均勻分布在輻射組件上，天線輻射單元為微帶線形式，極化為垂直線極化。射頻開關(guān)主要完成天線輻射單元的切換。

數(shù)字信號(hào)處理單元技術(shù)主要通過數(shù)字信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)，數(shù)字信號(hào)處理單元分為速度處理子模塊和距離處理子模塊。速度處理子模塊采用直接數(shù)字合成（DDS）方法，以固定頻率精度的時(shí)鐘為基準(zhǔn)，產(chǎn)生頻率和相位可調(diào)的輸出信號(hào)。

目前DDS頻率控制字可達(dá)24～48位，因此可以產(chǎn)生高精度的軌跡信號(hào)；距離處理子模塊產(chǎn)生軌跡距離延時(shí)，延時(shí)的最大范圍取決于存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)深度，延時(shí)精度取決于讀寫控制的時(shí)鐘周期。

數(shù)字信號(hào)處理過程主要由A/D、信號(hào)處理、信號(hào)存儲(chǔ)、D/A組成。數(shù)字信號(hào)處理單元接收射頻收發(fā)單元輸出的中頻信號(hào)，經(jīng)過 A/D采樣后進(jìn)行正交變換，在數(shù)字域加入目標(biāo)的多普勒和延時(shí)，進(jìn)行正交逆變換然后再進(jìn)行D/A變換產(chǎn)生中頻模擬回波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)彈道特征參數(shù)在信號(hào)上的調(diào)制，然后輸出到射頻收發(fā)單元。

5.發(fā)展趨勢分析

炮位偵察校射雷達(dá)射頻回波模擬器技術(shù)發(fā)展未來呈現(xiàn)以下趨勢：

5.1二維天線陣技術(shù)

受限于一維天線陣，射頻回波模擬器只能在方位或者俯仰上進(jìn)行變化，而如果采用二維天線陣技術(shù)，則可以使射頻回波模擬器實(shí)現(xiàn)在俯仰和方位上同時(shí)變化，更符合實(shí)際彈道目標(biāo)回波的變化。

5.2多種彈道目標(biāo)類型

隨著炮位偵察校射雷達(dá)針對(duì)的目標(biāo)種類的增多，射頻回波模擬器需要模擬的彈道類型也應(yīng)更加豐富，而每種彈道目標(biāo)的彈道系數(shù)、彈徑、速度、射角、RCS等參數(shù)都不盡相同。所以射頻回波模擬器的一個(gè)發(fā)展趨勢就是能夠模擬各種型號(hào)規(guī)格的火炮（火箭炮）等彈道目標(biāo)的彈道回波信號(hào)。

（作者單位：陸軍南京軍事代表局駐揚(yáng)州地區(qū)軍事代表室）