目標(biāo)回波模擬技術(shù)的靶場(chǎng)應(yīng)用

齊鳳梅，王　皓，江　雷

(中國(guó)人民解放軍 92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000)

靶場(chǎng)試驗(yàn)供靶一般采用傳統(tǒng)的角反射器來(lái)模擬典型目標(biāo)的反射特性. 由于角反射器安裝復(fù)雜，抗風(fēng)力差，特別是對(duì)大型體目標(biāo)和快速目標(biāo)模擬難度大，因此，需要尋找一種新型回波模擬裝置來(lái)代替角反射器. 目標(biāo)回波模擬器安裝在靶船上來(lái)替代角反射器，模擬反艦導(dǎo)彈照射在大型艦船上的目標(biāo)回波. 這對(duì)于降低靶試成本及提高靶標(biāo)保障水平具有重要意義. 目標(biāo)回波模擬器的工作原理是接收反艦導(dǎo)彈的發(fā)射信號(hào)，采用射頻存儲(chǔ)、相干轉(zhuǎn)發(fā)的方式[1-3]，輸出功率增強(qiáng)的點(diǎn)目標(biāo)回波或體目標(biāo)回波，用于模擬實(shí)際靶船回波信號(hào).

1　模擬器主要功能指標(biāo)

1.1　主要功能

模擬反艦導(dǎo)彈照射在大型艦船上的目標(biāo)回波信號(hào). 模擬信號(hào)除了具有點(diǎn)目標(biāo)信號(hào)特征外，還具有一定的體目標(biāo)(至少三點(diǎn)合成)特性. 模擬目標(biāo)回波信號(hào)保持導(dǎo)引頭信號(hào)的相參性，并且時(shí)延盡量小[4].

1.2　主要技術(shù)指標(biāo)

工作頻率范圍：f0±200 MHz； 接收靈敏度：優(yōu)于 -75 dBm； 適應(yīng)信號(hào)形式：常規(guī)及捷變頻、線性調(diào)頻、相位編碼等信號(hào)形式； 收發(fā)波束范圍：40°(水平)×70°(俯仰)； 等效發(fā)射功率：10 dBm，可控； 系統(tǒng)延時(shí)：小于100 ns.

2　總體技術(shù)方案

2.1　基本組成及設(shè)備安裝

模擬器安裝在靶船上，考慮到設(shè)備實(shí)際安裝條件，模擬器由接收天線、發(fā)射天線、目標(biāo)模擬源及信號(hào)傳輸線等組成，如圖 1 所示. 模擬器各模塊安裝示意圖如圖 2 所示.

圖 1　模擬器基本組成框圖Fig.1　Basic block diagram of the simulator

圖 2　各模塊安裝示意圖Fig.2　Schematic diagram of each module

2.1.1安裝原則

① 接收天線和目標(biāo)源就近安裝，以提高系統(tǒng)接收靈敏度； ② 目標(biāo)源與放大器之間傳輸目標(biāo)模擬激勵(lì)信號(hào)，采用低損耗電纜傳輸線，長(zhǎng)度盡量短； ③ 接收天線和發(fā)射天線平行安裝，波束方向垂直于靶船艏艉方向，以提高收發(fā)天線之間的隔離度； ④ 接收、發(fā)射天線安裝在靶船中間，一方面模擬目標(biāo)回波輻射源中心，另一方面減小傳輸線的長(zhǎng)度以盡量減小系統(tǒng)最小延時(shí).

2.1.2安裝條件

① 接收天線和目標(biāo)源安裝在靶船中間，接收天線波束水平覆蓋40°以上，俯仰覆蓋70°以上； ② 發(fā)射天線安裝在約9 m高的桅桿上，同樣發(fā)射天線波束水平覆蓋40°以上，俯仰覆蓋70°以上；③ 信號(hào)傳輸線安裝路徑盡量短，按10 m估算.

2.2　各部分主要功能與參數(shù)

2.2.1接收天線

接收天線完成導(dǎo)引頭發(fā)射信號(hào)的空饋接收. 主要技術(shù)參數(shù)為：① 工作頻率范圍：覆蓋導(dǎo)引頭工作頻率； ② 天線類型：喇叭天線； ③ 天線形式：線極化； ④ 天線波束：俯仰70°，水平40°； ⑤ 天線增益：10 dB； ⑥ 天線體積：Ф60×120 mm3； ⑦ 天線重量：0.3 kg.

2.2.2發(fā)射天線

發(fā)射天線完成功率放大器信號(hào)的輻射，技術(shù)參數(shù)同接收天線.

2.2.3目標(biāo)模擬源

目標(biāo)模擬源完成導(dǎo)引頭信號(hào)的接收、變頻、處理，產(chǎn)生多路不同延時(shí)、不同多普勒頻率的目標(biāo)回波信號(hào)并進(jìn)行合路輸出. 主要參數(shù)：① 工作頻率范圍：f0±200 MHz； ② 接收靈敏度：優(yōu)于-75 dBm； ③ 適應(yīng)信號(hào)形式：常規(guī)及捷變頻、線性調(diào)頻、相位編碼等信號(hào)形式.

2.2.4信號(hào)傳輸線

完成目標(biāo)源與功率放大器之間的信號(hào)傳輸. 傳輸線要求盡量短，損耗盡量低.

2.3　技術(shù)方案

目標(biāo)模擬源工作原理如圖 3 所示.

圖 3　目標(biāo)模擬源工作原理圖Fig.3　Work schematic of target simulation source

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)對(duì)接收下變頻后的信號(hào)在中頻范圍內(nèi)進(jìn)行高速采樣、存儲(chǔ)，采樣[5]后的信號(hào)分3路. 在目標(biāo)控制器的控制下，3路信號(hào)分別進(jìn)行延時(shí)、多普勒調(diào)制及幅度控制，3路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行疊加后經(jīng)高速DA將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后與經(jīng)過(guò)數(shù)字移相器進(jìn)行相位控制后的信號(hào)合路，再經(jīng)上變頻和信號(hào)衰減，通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射. 每路信號(hào)延時(shí)代表了目標(biāo)的距離，相位代表了目標(biāo)的角度. DRFM的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)字化處理靈活，信號(hào)延遲長(zhǎng)度、多普勒調(diào)制參數(shù)等均可靈活調(diào)節(jié). 由于DRFM延時(shí)相對(duì)較大，多路DRFM控制相對(duì)復(fù)雜，可考慮一路信號(hào)直通支路，保證最小延時(shí).

3　主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算

3.1　接收系統(tǒng)靈敏度估算

1) 反艦導(dǎo)彈主要參數(shù)預(yù)估

工作頻率：f=15 000 MHz； 發(fā)射機(jī)功率： 峰值Pt=20 W(43 dBm)； 天線波束：8.6°； 天線增益：Gt=25 dB(估計(jì)值)； 作用距離：R=70 km(最遠(yuǎn)).

2) 模擬器接收天線口面信號(hào)強(qiáng)度

按式(1)計(jì)算偵察天線口面強(qiáng)度[6].

P=Pt+Gt-(32+20lgR+20lgf).

(1)

對(duì)導(dǎo)彈主瓣偵收時(shí)，P=-84.4 dBm.

3) 接收機(jī)靈敏度

按接收天線增益10 dB考慮，接收機(jī)靈敏度為-74.4 dBm. 本模擬器提出接收機(jī)靈敏度要求優(yōu)于-75 dBm.

3.2　發(fā)射功率估算

回波增強(qiáng)器安裝在靶船上，發(fā)射的回波模擬信號(hào)需足夠強(qiáng)，使導(dǎo)彈接收機(jī)能接收處理.

3.2.1導(dǎo)引頭接收機(jī)靈敏度估算

根據(jù)式(2)估算導(dǎo)引頭接收機(jī)靈敏度.

Ptr=Pt+2Gt-103-40lgR-20lgf+10lgσ,

(2)

式中：Pt為發(fā)射機(jī)峰值功率，Pt=20 W(43 dBm)；Gt為天線增益，Gt=25 dB(估計(jì)值)；R為作用距離，R=70 km(最遠(yuǎn))；f為工作頻率：f=15 000 MHz；σ為導(dǎo)引頭反射面積，大型艦船σ典型值為4 000 m2.

根據(jù)公式計(jì)算可得到：Ptr=-131.3 dBm，因此估算導(dǎo)引頭接收機(jī)靈敏度為-130 dBm.

3.2.2模擬器發(fā)射功率估算

模擬器發(fā)射功率經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸后信號(hào)強(qiáng)度必須高于導(dǎo)引頭接收機(jī)靈敏度，即

Pj+Gj-(32+20lgR+20lgf)+Gt≥Ptr,

Pj+Gj≥Ptr+(32+20lgR+20lgf)-Gt,

(3)

式中：Pj為模擬器發(fā)射機(jī)功率；Gj為模擬器發(fā)射天線增益；Gt為導(dǎo)引頭天線接收增益，預(yù)估25 dB；R為作用距離，最大70 km.

計(jì)算得到Pj+Gj≥-2.6 dBm.

考慮設(shè)計(jì)余量，模擬器輸出等效輻射功率設(shè)計(jì)值為10 dBm，發(fā)射天線輸入端口信號(hào)功率設(shè)計(jì)為0 dBm.

4　結(jié)束語(yǔ)

目標(biāo)回波模擬技術(shù)在國(guó)內(nèi)已被成功地應(yīng)用于“××引信體目標(biāo)模擬器” “告警雷達(dá)目標(biāo)模擬器及綜合測(cè)試儀” “某測(cè)控信道模擬器”等的研制中，解決了寬帶、多體制兼容點(diǎn)目標(biāo)、體目標(biāo)模擬的一系列難題，并在射頻存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)上積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[7]. 經(jīng)原理樣機(jī)海上試驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置能真實(shí)模擬點(diǎn)目標(biāo)和體目標(biāo)，參數(shù)設(shè)置靈活，操作使用方便. 目標(biāo)回波模擬技術(shù)可推廣應(yīng)用于靶場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建和電子對(duì)抗中.