一種雷達(dá)偵察裝備測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陸文駿，韋 穎

(安徽三聯(lián)學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

0 引言

雷達(dá)偵察裝備是戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)施電磁信號(hào)偵測(cè)的主要裝備[1]。目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家裝備的雷達(dá)偵察系統(tǒng)已經(jīng)建立起一套測(cè)試和裝備訓(xùn)練體系，并已經(jīng)有專(zhuān)用的測(cè)試、訓(xùn)練系統(tǒng)，進(jìn)行有針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或訓(xùn)練。國(guó)外一般采用直接模擬特定雷達(dá)信號(hào)的方式進(jìn)行測(cè)試或訓(xùn)練[2]。由于保密等原因，國(guó)外相關(guān)裝備的具體指標(biāo)和能同時(shí)用于裝備訓(xùn)練及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的系統(tǒng)未見(jiàn)報(bào)道。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究存在的問(wèn)題是：頻段覆蓋面小，功能單一，不能全面地對(duì)輻射源識(shí)別、測(cè)向等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試[3-5]；不能模擬真實(shí)的雷達(dá)環(huán)境，缺乏通用性[6-7]；測(cè)試技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展跟不上雷達(dá)偵察裝備的發(fā)展水平，變頻時(shí)間等指標(biāo)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代雷達(dá)偵察裝備測(cè)試和訓(xùn)練的要求；也沒(méi)有可同時(shí)完成測(cè)試和訓(xùn)練任務(wù)的相關(guān)設(shè)備。

本文設(shè)計(jì)并研制了一種具有現(xiàn)場(chǎng)伴隨測(cè)試能力的雷達(dá)偵察裝備測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)。在深入分析現(xiàn)役雷達(dá)偵察裝備性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了信號(hào)產(chǎn)生部分與控制部分空間分離、由軟件部分協(xié)同的無(wú)線(xiàn)控制閉環(huán)在線(xiàn)測(cè)試的系統(tǒng)研究思路。

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)使用無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，從功能上可分為信號(hào)控制、信號(hào)產(chǎn)生和軟件3部分。信號(hào)產(chǎn)生部分位于距離被測(cè)裝備適當(dāng)距離處(一般為100～1 000 m)，系統(tǒng)的控制部分則與被測(cè)裝備放在一起，信號(hào)控制、信號(hào)產(chǎn)生和被測(cè)裝備形成一個(gè)無(wú)線(xiàn)閉環(huán)結(jié)構(gòu)?？刂菩盘?hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式從控制計(jì)算機(jī)傳送到信號(hào)產(chǎn)生部分，而用于測(cè)試的信號(hào)通過(guò)空間耦合的方式，從雷達(dá)偵察裝備天線(xiàn)注入。這種結(jié)構(gòu)可使系統(tǒng)具有良好的操作性，提高測(cè)試的效率。系統(tǒng)工作時(shí)，控制部分置于被測(cè)裝備端，系統(tǒng)與裝備操作人員互相配合完成測(cè)試工作。首先根據(jù)測(cè)試目的，在控制計(jì)算機(jī)上生成測(cè)試方案，根據(jù)此方案，由控制計(jì)算機(jī)編輯設(shè)定一定的雷達(dá)信號(hào)場(chǎng)景，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)控制雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)，產(chǎn)生此信號(hào)場(chǎng)景并作用于雷達(dá)偵察裝備，雷達(dá)偵察裝備對(duì)此信號(hào)場(chǎng)景進(jìn)行接收后，可將接收結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析，以實(shí)現(xiàn)性能測(cè)試。

2 系統(tǒng)框架及組成

本系統(tǒng)主要供雷達(dá)偵察裝備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與訓(xùn)練使用，功能設(shè)計(jì)主要考慮了雷達(dá)偵察裝備自身的特點(diǎn)、性能指標(biāo)體系以及測(cè)試和訓(xùn)練的基本要求。對(duì)雷達(dá)偵察裝備的測(cè)試涉及裝備的很多性能指標(biāo)，但用戶(hù)更看重的是裝備的作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)[8]，故雷達(dá)偵察裝備的輻射源識(shí)別與測(cè)向性能的測(cè)試就顯得尤為重要。因此，本系統(tǒng)從用戶(hù)實(shí)際需要出發(fā)，立足于基層級(jí)維修與測(cè)試，著眼于裝備平時(shí)主要性能的測(cè)試，選擇輻射源識(shí)別與測(cè)向性能作為主要測(cè)試指標(biāo)，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備通用指標(biāo)的測(cè)試以及輔助維修等功能。

在訓(xùn)練方面，由于傳統(tǒng)的訓(xùn)練輔助設(shè)備多是將信號(hào)從裝備的中頻注入，操作人員在接受訓(xùn)練時(shí)很容易對(duì)信號(hào)的真實(shí)度產(chǎn)生懷疑，因而很難產(chǎn)生臨場(chǎng)感覺(jué)，不能培養(yǎng)其戰(zhàn)斗意識(shí)和敵情觀(guān)念，部分射頻模擬設(shè)備信號(hào)形式單一，頻點(diǎn)少，不能模擬較復(fù)雜的電磁環(huán)境，這也大大降低了訓(xùn)練效果[9-12]。通過(guò)產(chǎn)生多波段、多樣式和多路復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)場(chǎng)景，將信號(hào)從天線(xiàn)注入雷達(dá)偵察裝備，逼真度高，信號(hào)形式復(fù)雜，對(duì)參訓(xùn)人員的裝備熟悉程度以及操作熟練程度等都會(huì)產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。

本系統(tǒng)主要由雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A、無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)B、控制計(jì)算機(jī)、分波段天線(xiàn)和功率擴(kuò)展分系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)框架及組成如圖1所示。能實(shí)現(xiàn)自檢、工作方式設(shè)定、基本參數(shù)調(diào)節(jié)、雷達(dá)偵察裝備參數(shù)測(cè)試、信號(hào)分選能力測(cè)試、復(fù)雜電磁環(huán)境設(shè)置與模擬、數(shù)據(jù)通信與無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制、測(cè)向性能測(cè)試及寬帶功率擴(kuò)展等功能。

圖1 系統(tǒng)框架及組成

2.1 雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)

雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵部分，主要功能是在主控程序控制下，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備各分系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)控制，生成預(yù)定的各種雷達(dá)信號(hào)，由寬帶天線(xiàn)通過(guò)空間輻射，實(shí)時(shí)仿真雷達(dá)的電磁信號(hào)環(huán)境，用來(lái)檢驗(yàn)和測(cè)試?yán)走_(dá)偵察裝備的性能。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用微機(jī)控制多路直接數(shù)字合成(DDS)組件產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)中頻信號(hào)，使用直接頻率合成的方法產(chǎn)生寬帶多路小步進(jìn)頻率源，中頻信號(hào)對(duì)本振信號(hào)進(jìn)行直接上變頻合成，產(chǎn)生真實(shí)的分波段雷達(dá)射頻信號(hào)，經(jīng)功率放大后饋送至分波段天線(xiàn)，由天線(xiàn)輻射至空間供雷達(dá)偵察裝備接收分析。采用這種方法，不僅可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的雷達(dá)信號(hào)，而且可以獲得較高的信號(hào)質(zhì)量。要在倍頻程帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生各種類(lèi)型的雷達(dá)信號(hào)波形，通過(guò)編程方式對(duì)信號(hào)載波、脈寬、重頻、脈內(nèi)調(diào)制形式及輸出RF電平等參數(shù)任意組合設(shè)置，形成要求的雷達(dá)信號(hào)場(chǎng)景，就必須在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)產(chǎn)生寬頻帶、多種工作方式、多種類(lèi)型的雷達(dá)信號(hào)(即各種型號(hào)的雷達(dá)波形)。因此，采用模塊化、系列化的方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置，并且采用DDS技術(shù)[13-14]、規(guī)范的高速數(shù)控接口和機(jī)內(nèi)總線(xiàn)技術(shù)、高性能的超寬帶、捷變頻綜源技術(shù)和超寬帶微波電路技術(shù)等來(lái)完成雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)由主控模塊、激勵(lì)源模塊、上變頻模塊、可編程幅度控制模塊、頻率合成模塊、功率放大模塊和電源模塊等3部分組成。

雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)的組成原理如圖2所示。該分系統(tǒng)的主要功能有：

① 開(kāi)機(jī)自檢，并將自檢結(jié)果經(jīng)無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A傳送至控制計(jì)算機(jī)；

② 通過(guò)無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A、B與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互，從計(jì)算機(jī)讀取控制信號(hào)并將設(shè)置信息反饋至計(jì)算機(jī)；

③ 在計(jì)算機(jī)的控制下，產(chǎn)生特定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)分波段天線(xiàn)輻射到空間供雷達(dá)偵察裝備接收分析。

圖2 雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)的組成原理

雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)在雷達(dá)工作的波段(S，C，X，Ku)上能根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的雷達(dá)信號(hào)技術(shù)參數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生4路不同制式的標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)信號(hào)，用于裝備的測(cè)試和訓(xùn)練。信號(hào)樣式主要有：脈沖雷達(dá)信號(hào)、頻率捷變雷達(dá)信號(hào)[15]、線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)、連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)、脈內(nèi)編碼雷達(dá)信號(hào)[16-17]、非線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)[18]及巴克碼信號(hào)[19-20]等。

2.2 無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用射頻信號(hào)注入的方法對(duì)雷達(dá)偵察裝備進(jìn)行測(cè)試和供用戶(hù)訓(xùn)練，為了適應(yīng)雷達(dá)偵察裝備的特殊工作環(huán)境和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的需要，使用了無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制方法，整個(gè)系統(tǒng)分為信號(hào)控制部分和信號(hào)產(chǎn)生部分，其中信號(hào)產(chǎn)生部分與雷達(dá)偵察裝備保持一定距離，信號(hào)控制部分與雷達(dá)偵察裝備放在一起，二者之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，為了對(duì)裝備測(cè)向性能進(jìn)行測(cè)試，也需要在被測(cè)裝備與雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生分系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，因此設(shè)計(jì)了無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)來(lái)完成這些功能。

無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)可分為A、B兩部分，主要由調(diào)制電路、解調(diào)電路、單片機(jī)及天線(xiàn)等部分組成，通過(guò)串口分別與雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)相連接。無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。

圖3 無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A的功能包括：

①接收雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)的自檢和應(yīng)答信號(hào)參數(shù)，并完成調(diào)制與發(fā)射。

無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A可接收雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)通過(guò)串口傳來(lái)的應(yīng)答信號(hào)參數(shù)，接收此數(shù)據(jù)后，在單片機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的處理，形成基帶信號(hào)送往調(diào)制電路，經(jīng)射頻調(diào)制后由天線(xiàn)發(fā)射到無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)B。

②接收無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)B發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)技術(shù)參數(shù)及相關(guān)應(yīng)答信號(hào)。

無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A接收無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)B送來(lái)的控制命令技術(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)，并通過(guò)串口送給雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)。雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)根據(jù)控制命令產(chǎn)生特定的雷達(dá)信號(hào)并發(fā)射。

③接收GPS定位信號(hào)并進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后發(fā)射到無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)B。

無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)B的功能包括：

① 接收無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)并傳送到控制計(jì)算機(jī)。

② 從控制計(jì)算機(jī)接收命令字，并將此信息調(diào)制后發(fā)射到無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A。

③ 接收由無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)A發(fā)送的坐標(biāo)信號(hào)并與本地坐標(biāo)聯(lián)合解算方位，并將此方位傳送到控制計(jì)算機(jī)。

2.3 功率擴(kuò)展分系統(tǒng)

為了增加系統(tǒng)的作用距離和信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，本系統(tǒng)除了在雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了23 dBm的功放，還設(shè)計(jì)了功率擴(kuò)展分系統(tǒng)。功率擴(kuò)展分系統(tǒng)可以在系統(tǒng)輸出的基礎(chǔ)上，將功率放大到33～40 dBm，使系統(tǒng)作用距離大大增加。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了分波段寬帶功率放大器作為功率擴(kuò)展分系統(tǒng)的主要組件。

2.4 控制計(jì)算機(jī)

控制計(jì)算機(jī)為自帶串行RS232接口的便攜式計(jì)算機(jī)，主要功能是：通過(guò)無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)控制雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)；編輯設(shè)定雷達(dá)信號(hào)環(huán)境；分析測(cè)試結(jié)果；生成測(cè)試或訓(xùn)練方案，對(duì)裝備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估等。

2.5 軟件系統(tǒng)

為解決自動(dòng)測(cè)試方案生成，各分系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)調(diào)，通信保持不間斷無(wú)差錯(cuò)等問(wèn)題，系統(tǒng)構(gòu)建了多進(jìn)程協(xié)同控制測(cè)試方案生成技術(shù)為核心的軟件框架，建立了雷達(dá)信號(hào)環(huán)境產(chǎn)生分系統(tǒng)狀態(tài)控制、測(cè)試方案生成、信息發(fā)送、差錯(cuò)控制以及無(wú)線(xiàn)通信無(wú)線(xiàn)閉環(huán)控制分系統(tǒng)的狀態(tài)測(cè)試控制、通信鏈路建立等進(jìn)程。系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，軟件根據(jù)初始狀態(tài)協(xié)同要求設(shè)立進(jìn)程控制器，該控制器按照進(jìn)程消息、控制數(shù)據(jù)流和指令流，分別協(xié)同狀態(tài)協(xié)同進(jìn)程、測(cè)試評(píng)估進(jìn)程、通信進(jìn)程、鏈路檢測(cè)進(jìn)程、定位解析進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫(kù)管理進(jìn)程、方案生成進(jìn)程、波形編輯進(jìn)程和消息管理進(jìn)程進(jìn)行工作，按照編輯設(shè)定的參數(shù)將系統(tǒng)各部分按照協(xié)議建立通信鏈路，生成所需的方案。

3 系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)本測(cè)試系統(tǒng)的功能進(jìn)行試驗(yàn)。部分試驗(yàn)結(jié)果如圖4和表1所示。

圖4 系統(tǒng)產(chǎn)生的典型信號(hào)

表1 系統(tǒng)的性能試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào)區(qū)分頻率/GHz脈沖寬度/μs脈沖周期/μs信號(hào)形式測(cè)試衰減測(cè)試結(jié)果1設(shè)定值2.005600單脈沖-30合格測(cè)量值2.000 05600單脈沖10合格2設(shè)定值2.633800單脈沖-30合格測(cè)量值2.630 13800單脈沖10合格3設(shè)定值5.0012600單脈沖-30合格測(cè)量值5.000 012600單脈沖10合格4設(shè)定值7.25601 000單脈沖-30合格測(cè)量值7.250 0601 000單脈沖-30合格5設(shè)定值9.0030400單脈沖-30合格測(cè)量值9.000 030400單脈沖9合格6設(shè)定值11.8325700單脈沖-30合格測(cè)量值11.830 025700單脈沖10合格7設(shè)定值13.0040800單脈沖-30合格測(cè)量值13.000 040800單脈沖9合格8設(shè)定值17.99501 000單脈沖-30合格測(cè)量值17.990 0501 000單脈沖8合格

測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，信號(hào)質(zhì)量高，實(shí)現(xiàn)了4路不同波段不同體制的雷達(dá)信號(hào)同時(shí)輸出。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠完成雷達(dá)偵察裝備的參數(shù)測(cè)試結(jié)論、性能分析；能夠完成雷達(dá)信號(hào)分選、偵收時(shí)間性能、測(cè)向性能的測(cè)試；能夠?qū)Ω黝?lèi)雷達(dá)偵察裝備進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，從而滿(mǎn)足雷達(dá)偵察裝備基層級(jí)維修測(cè)試的需要，并為雷達(dá)偵察裝備的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供了切實(shí)可行的手段。

下一步將加大對(duì)非常規(guī)雷達(dá)頻段、制式和信號(hào)產(chǎn)生方式、以及對(duì)通信對(duì)抗偵察裝備、光電對(duì)抗偵察裝備的基層級(jí)測(cè)試方法和訓(xùn)練手段的研究和牽引力度，研究更多頻段、更多信號(hào)形式的測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)，為研制對(duì)抗偵察裝備的綜合測(cè)試系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。