單兵戰(zhàn)場雷達電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

唐文輝 汪楓 謝超 張琳

摘要：本文設(shè)計了一套可快速部署的單兵戰(zhàn)場雷達電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)控指定區(qū)域的電磁環(huán)境，及時反饋電磁環(huán)境演變情況，為雷達對抗、通信對抗作戰(zhàn)指揮提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)由便攜頻譜儀+天線子系統(tǒng)+監(jiān)控終端組成，可監(jiān)測200MHz～8000MHz頻率范圍內(nèi)的無線信號，靈敏度滿足雷達對抗作戰(zhàn)要求。在選配天線、加裝前置放大器后，系統(tǒng)還可以進一步拓展頻率監(jiān)測范圍，提高監(jiān)測靈敏度，適應(yīng)不同的作戰(zhàn)需求。

【關(guān)鍵詞】電磁環(huán)境 雷達 監(jiān)控 單兵

快速、準(zhǔn)確地監(jiān)控戰(zhàn)場電磁環(huán)境是奪取戰(zhàn)場電磁權(quán)和戰(zhàn)斗的主動權(quán)的前提條件。大型的電磁輻射監(jiān)控裝備的檢測項目全、檢測面積廣、檢測精度高，但也有部署慢、機動不便、目標(biāo)大，容易被敵方摧毀的缺點。在作戰(zhàn)過程中，派遣幾名尖兵，攜帶單兵電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控指定區(qū)域電磁環(huán)境，快速反饋電磁環(huán)境演變情況，可以為指揮部針對性下達作戰(zhàn)指令提供有力的支撐，豐富我軍的作戰(zhàn)樣式。本文從輕便便攜、按需偵測、數(shù)據(jù)實時上傳的需求出發(fā)，設(shè)計了一套可用的單兵戰(zhàn)場雷達電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

1 需求分析

目前國內(nèi)學(xué)術(shù)界主流認為，戰(zhàn)場電磁環(huán)境本質(zhì)上是自然界電磁背景加上戰(zhàn)場中大量的信息化裝備（如指揮控制、偵察預(yù)警、通信、導(dǎo)航、制導(dǎo)、敵我識別、電子干擾等）輻射的電磁能量綜合。因而，現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁環(huán)境表現(xiàn)出動態(tài)性、隨機性、復(fù)雜性。由于單兵系統(tǒng)的體積和重量限制，不可能做到對所有頻段的監(jiān)控，因此本文主要是針對常用防空預(yù)警雷達、機載預(yù)警雷達、反導(dǎo)預(yù)警雷達裝備的工作頻段進行偵測。檢測需求如表1所示。

在這些頻段類，同時也存在著大量的民用設(shè)備的電磁信號，如超短波電臺的頻率就在P波段，手機的2G、3G、4G業(yè)務(wù)占用了大量的頻段資源，如表2所示。這些頻段的信號具有分布廣泛、信號強、數(shù)據(jù)流通頻繁、平戰(zhàn)差距大的特點。在設(shè)計電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)時，需要考慮對這些信號的甄別，避免影響對雷達信號的監(jiān)控。

監(jiān)控系統(tǒng)的偵測頻段為200MHz～8000MHz，涵蓋絕大多數(shù)現(xiàn)役雷達的工作頻段。對監(jiān)控頻段內(nèi)的電磁信號，需要對信號的頻率、場強/功率和3dB帶寬等射頻指標(biāo)進行自動化測量和記錄，并通過無線方式將數(shù)據(jù)實時送回指揮中心。具體的能力需求如下：

（1）可采用掃描頻段內(nèi)無線電信號的特征值；

（2）自動記錄和統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)，主要包括信號的頻譜帶寬與頻譜占用時間；

（3）自動識別民用通信信號；

（4）實時上報記錄數(shù)據(jù)；

（5）監(jiān)控系統(tǒng)能夠進行自檢測，可利用信號源進行校準(zhǔn)。

2 硬件設(shè)計

單兵戰(zhàn)場雷達電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是信號采集和數(shù)據(jù)傳送，是戰(zhàn)場電磁環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的終端，復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理集中到指揮中心，這樣監(jiān)控系統(tǒng)不需要太復(fù)雜的計算能力，這樣可以極大地簡化監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模。硬件可由便攜頻譜儀+天線子系統(tǒng)+監(jiān)控終端組成。采用復(fù)合寬帶天線、喇叭天線等和便攜頻譜儀的組合可以滿足靈敏度和頻率間隔的要求，并且可以減低監(jiān)控系統(tǒng)的維修、保障要求。系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。

德國羅德施瓦茨的FSH8型手持式便攜頻譜分析儀可檢測9KHz～8GHz的信號，最佳靈敏度可達到-161dB，滿足系統(tǒng)需求。國產(chǎn)的安徽白鷺SA2070便攜式頻譜儀可檢測9KHz～7.5GHz的信號，最佳靈敏度可達-160dB，也基本滿足需求。兩款頻譜儀均具備LAN、USB接口，可實現(xiàn)遠程控制和測量數(shù)據(jù)傳送，方便進行二次開發(fā)。

監(jiān)控終端采用STM32單片機為控制中樞，主要采集頻譜儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，壓縮打包后并發(fā)往數(shù)據(jù)處理中心。為保證在戰(zhàn)場環(huán)境中數(shù)據(jù)傳送的可靠性，利用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳送。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)能力需求，可以整理得到系統(tǒng)的工作邏輯如圖2所示。

從圖2中看出，軟件主要包括自檢模塊、頻譜儀處理模塊（含參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集）、天線狀態(tài)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（含數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)打包、數(shù)據(jù)上傳）。

軟件在監(jiān)控終端運行，采用嵌入式C語言進行設(shè)計。

3.1 自檢模塊

系統(tǒng)開機時，軟件建立與頻譜儀的連接，控制它在使用之前經(jīng)過上電預(yù)熱、自檢與初始化這三個環(huán)節(jié)，并通過天線狀態(tài)測試電路檢測天線是否正確連接。

3.2 頻譜儀處理模塊

用戶在控制終端選擇校準(zhǔn)模式或監(jiān)控模式。軟件按照不同模式的設(shè)置，將相應(yīng)的中心頻率與帶寬列表、RBW、VBW、參考電平、衰減、檢波方式、Mark類型等參數(shù)通過LAN口輸入頻譜儀。并通過LAN口讀取頻譜儀的測量數(shù)據(jù)。

3.3 天線狀態(tài)采集模塊

軟件通過天線編號、北斗系統(tǒng)定位、電子羅盤方向數(shù)據(jù)等，得到天線的型號、地理坐標(biāo)、水平方向角等數(shù)據(jù)。

3.4 數(shù)據(jù)處理模塊

軟件將頻譜儀測量數(shù)據(jù)和天線狀態(tài)數(shù)據(jù)融合，標(biāo)記時間，即可獲得完整的全方向、全頻段的電磁環(huán)境信息。將數(shù)據(jù)打包整理后，通過數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)處理中心。

4 結(jié)論

本文提出了一種低成本的單兵戰(zhàn)場雷達電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，可實時監(jiān)控指定區(qū)域的雷達電磁環(huán)境，快速反饋電磁環(huán)境演變情況，為雷達對抗、通信對抗指揮作戰(zhàn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。通過選配天線、加裝前置放大器，還可以可進一步拓展系統(tǒng)的頻率監(jiān)測范圍，提高監(jiān)測靈敏度，適應(yīng)不同的作戰(zhàn)需求。

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