馬安寧
(海軍駐南京924 廠軍事代表室,南京210019)
海戰(zhàn)場(chǎng)密集復(fù)雜電磁環(huán)境有以下特點(diǎn):
(1)信號(hào)密度高,造成大量脈沖在時(shí)域重疊
·雷達(dá)數(shù)量多。未來海戰(zhàn)場(chǎng)上編隊(duì)作戰(zhàn)時(shí),雷達(dá)數(shù)量可能達(dá)到近百部甚至更多。
·單部雷達(dá)的重復(fù)頻率提高。脈沖多普勒(PD)雷達(dá)在敵我作戰(zhàn)飛機(jī)和艦艇上得到廣泛采用,其重復(fù)頻率比常規(guī)雷達(dá)高2 個(gè)數(shù)量級(jí)。
·低截獲概率的脈壓雷達(dá)被廣泛采用。
·瀕海戰(zhàn)場(chǎng)上存在大量民用導(dǎo)航雷達(dá)信號(hào)。
·敵方干擾機(jī)發(fā)射的大量脈沖欺騙信號(hào)。
(2)環(huán)境背景信號(hào)復(fù)雜
·自然環(huán)境中的反射物(包括本編隊(duì)內(nèi)的艦艇)造成大量反射信號(hào)。
·箔條云造成反射。
·本艦衛(wèi)星通信信號(hào)和高占空比雷達(dá)信號(hào)的干擾。
·本艦或臨近艦艇自衛(wèi)干擾機(jī)發(fā)射的高占空比干擾信號(hào)。
(1)采用大范圍頻率捷變
采用達(dá)數(shù)GHz 以上范圍的頻率隨機(jī)捷變。
(2)采用大范圍重復(fù)周期抖動(dòng)
雷達(dá)重復(fù)周期隨機(jī)抖動(dòng)范圍高達(dá)100%。
雷達(dá)可以根據(jù)需要在毫秒量級(jí)的時(shí)間幀之間自動(dòng)改變工作模式。
(4)采用隱蔽技術(shù)
威脅雷達(dá)的頻率隱藏在民用導(dǎo)航雷達(dá)的頻率范圍內(nèi)。
(5)利用干擾設(shè)備的弱點(diǎn)
雷達(dá)發(fā)射虛假掩護(hù)脈沖。
目前,為了對(duì)抗導(dǎo)彈對(duì)重要艦艇目標(biāo)的飽和攻擊,國(guó)內(nèi)外大多數(shù)艦載雷達(dá)有源干擾機(jī)采用具有同時(shí)多方位干擾能力的多波束體制干擾發(fā)射機(jī),也有個(gè)別采用相控陣體制干擾發(fā)射機(jī)。這些干擾機(jī)從原理上具有同時(shí)多波束的發(fā)射能力,但是,目前由于干擾激勵(lì)器和干擾發(fā)射機(jī)都設(shè)計(jì)成單信號(hào)的,行波管工作在飽和狀態(tài)下,所以一般只能同時(shí)發(fā)射一個(gè)信號(hào)。
在密集復(fù)雜電磁環(huán)境下,脈壓威脅雷達(dá)得到廣泛應(yīng)用,大量威脅雷達(dá)的脈沖在時(shí)域重疊,要求干擾機(jī)必須具備同時(shí)發(fā)射多信號(hào)的能力,否則大量脈沖不受干擾,干擾效果差。
因?yàn)槭姓こ淘靸r(jià)管理具有較高的技術(shù)含量,所以一定要重視管理人員的綜合素質(zhì),需要具有較專業(yè)的造價(jià)管理技術(shù)和知識(shí),充分了解市政工程本身的特點(diǎn),所以企業(yè)一定要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn),讓造價(jià)管理人員的綜合素質(zhì)和專業(yè)技能逐步提高,并且對(duì)他們的道德培養(yǎng)進(jìn)行強(qiáng)化,防止產(chǎn)生管理人員以權(quán)謀私的問題,利用職務(wù)便利獲得個(gè)人利益等情況。
為了對(duì)威脅信號(hào)進(jìn)行同時(shí)干擾,干擾機(jī)必須對(duì)威脅信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的時(shí)域跟蹤,通常采用重頻跟蹤器來實(shí)現(xiàn)。重頻跟蹤器接收偵察引導(dǎo)接收機(jī)輸出的實(shí)時(shí)脈沖特征參數(shù)描述字(PDW)(包括載頻、方位、脈寬、脈幅等),實(shí)時(shí)輸出對(duì)應(yīng)多部雷達(dá)的跟蹤波門,用于對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行頻率存儲(chǔ)和干擾激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生。在密集復(fù)雜電磁環(huán)境中,偵察引導(dǎo)接收機(jī)必須能正確輸出PDW。這就要求偵察引導(dǎo)接收機(jī)具有對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的參數(shù)測(cè)量能力。
目前,主要引導(dǎo)接收機(jī)采用瞬時(shí)測(cè)頻體制,它具有頻帶寬、測(cè)頻時(shí)間快、測(cè)頻精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn);但是不具有對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的頻率測(cè)量能力,只能測(cè)量同時(shí)出現(xiàn)的強(qiáng)信號(hào)頻率。當(dāng)2 個(gè)信號(hào)的功率接近時(shí),會(huì)產(chǎn)生很大的測(cè)頻誤差。引導(dǎo)接收機(jī)通常采用的測(cè)向設(shè)備主要采用多波束比幅測(cè)量體制,具有測(cè)向精度高、測(cè)向靈敏度高、截獲概率100%的優(yōu)點(diǎn),但是不具備對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的方位測(cè)量能力。
當(dāng)信號(hào)時(shí)域重疊時(shí),只能測(cè)量強(qiáng)信號(hào)的方位。同樣,信號(hào)重疊時(shí),小信號(hào)脈寬的測(cè)量也難以進(jìn)行,頻率、方位和脈寬是重頻跟蹤器進(jìn)行信號(hào)濾波的重要實(shí)時(shí)PDW參數(shù),它們出現(xiàn)大量漏測(cè)或錯(cuò)測(cè)時(shí),重頻跟蹤器無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行正確的跟蹤。
對(duì)于載頻和重頻大范圍偽隨機(jī)捷變的威脅信號(hào),頻率的濾波將失去意義,依靠載頻濾波的重頻跟蹤器很容易被同方位的其他脈沖干擾,而無法進(jìn)行跟蹤。對(duì)于重頻大范圍偽隨機(jī)抖動(dòng)的雷達(dá)采用跟蹤的方法難以實(shí)現(xiàn)窄波門跟蹤,導(dǎo)致干擾的時(shí)間資源和頻率資源浪費(fèi),嚴(yán)重影響對(duì)多部雷達(dá)同時(shí)干擾時(shí)的干擾效果。
對(duì)于大范圍偽隨機(jī)頻率捷變的威脅信號(hào),現(xiàn)有基于數(shù)字儲(chǔ)頻體制的干擾激勵(lì)器的瞬時(shí)帶寬(1GHz 左右)不足,導(dǎo)致大量威脅脈沖落在儲(chǔ)頻帶寬之外。數(shù)字儲(chǔ)頻的瞬時(shí)帶寬限于高速ADC 的速度,難以達(dá)到整機(jī)要求。
雷達(dá)有源干擾設(shè)備與偵察引導(dǎo)設(shè)備之間存在收發(fā)隔離度不足而帶來的電磁兼容問題。由于收發(fā)的頻率相同,所以難以采取濾波等措施解決。當(dāng)隔離度不足時(shí),干擾信號(hào)將影響偵察引導(dǎo)設(shè)備接收機(jī)的門限檢測(cè)和測(cè)頻及測(cè)向功能,從而導(dǎo)致信號(hào)大量增批,PDW出現(xiàn)大量錯(cuò)誤,重頻跟蹤器無法跟蹤雷達(dá)信號(hào);也會(huì)使數(shù)字儲(chǔ)頻的門限電路出現(xiàn)大量虛警,從而嚴(yán)重影響干擾設(shè)備的正常工作。
當(dāng)收發(fā)隔離度不足時(shí),系統(tǒng)通常采取分時(shí)工作的方式,但是分時(shí)工作模式下,在干擾停止的時(shí)間段內(nèi),末制導(dǎo)雷達(dá)不受干擾,可以進(jìn)行正常的信號(hào)接收和角度距離跟蹤,但是數(shù)據(jù)率降低。另外,雷達(dá)通過改變工作模式和載頻、重頻等參數(shù),導(dǎo)致偵察引導(dǎo)設(shè)備的偵察間隔時(shí)間必須盡量縮短,這將提高雷達(dá)的數(shù)據(jù)率和跟蹤精度。
雷達(dá)有源干擾設(shè)備與同平臺(tái)或編隊(duì)內(nèi)其他平臺(tái)的衛(wèi)星通信和高占空比火控雷達(dá)處在同一頻段,也存在著電磁兼容的復(fù)雜問題,特別是干擾設(shè)備與火控雷達(dá)在反導(dǎo)時(shí)往往需要同時(shí)工作,所以兼容性更加重要。衛(wèi)星通信為調(diào)制連續(xù)波信號(hào),火控雷達(dá)高占空比信號(hào)的重頻很高,無法采用通常的匿影措施來解決兼容性問題。而任其進(jìn)入干擾引導(dǎo)接收機(jī),將導(dǎo)致接收機(jī)和數(shù)字儲(chǔ)頻門限電路產(chǎn)生大量虛警,產(chǎn)生大量的窄脈沖參數(shù)測(cè)量,引起PDW測(cè)量錯(cuò)誤和信號(hào)分選的增批,也會(huì)引起重頻跟蹤器錯(cuò)誤跟蹤。
為了解決同時(shí)到達(dá)信號(hào)的頻率測(cè)量問題,可以采用信道化和壓縮接收機(jī)體制,目前,主要采用數(shù)字信道化體制。數(shù)字信道化接收機(jī)在具有同時(shí)到達(dá)信號(hào)的測(cè)量能力的同時(shí),兼有高靈敏度、高測(cè)頻精度的優(yōu)點(diǎn)。其存在的主要問題是限于高速多位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的速度,瞬時(shí)帶寬難以達(dá)到要求,目前的器件可以達(dá)到1GHz 左右,系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)需要采用多個(gè)通道并行工作進(jìn)行寬帶覆蓋。但是問題轉(zhuǎn)變?yōu)榻档统杀尽p小體積重量,隨著ADC 速度的提高以及大規(guī)模高速現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件的發(fā)展,這些問題不難解決。
為了解決同時(shí)到達(dá)信號(hào)的角度參數(shù)測(cè)量問題,應(yīng)優(yōu)先采用多波束并行測(cè)向體制,波束數(shù)量越多,方位分辨力越高,每個(gè)波束內(nèi)同時(shí)到達(dá)信號(hào)出現(xiàn)的概率越小。高精度的方位測(cè)量能力對(duì)于重頻跟蹤器對(duì)大范圍頻率捷變信號(hào)的跟蹤也是非常重要的,因?yàn)樵赑DW中,雷達(dá)唯一無法改變的參數(shù)就是方位。降低多波束天線的副瓣電平是另一個(gè)重要措施,天線的副瓣電平?jīng)Q定了測(cè)向接收機(jī)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的測(cè)量能力,即雙音動(dòng)態(tài)范圍,采取幅度加權(quán)的方法可將天線的副瓣電平降低到-30dB 以下。另外,測(cè)向接收機(jī)需要改進(jìn)原有的單信號(hào)測(cè)量方法,在每個(gè)波束單獨(dú)設(shè)置檢測(cè)門限,采用并行處理電路進(jìn)行多通道快速幅度比較,可實(shí)現(xiàn)不同方位重疊信號(hào)的方位測(cè)量。
同時(shí)到達(dá)信號(hào)測(cè)量能力的解決將有助于提高重頻跟蹤器在密集復(fù)雜電磁環(huán)境中的跟蹤性能。為了解決時(shí)分工作模式下干擾效果下降的問題,要求偵察時(shí)間盡量縮短,如果能夠短到雷達(dá)的重復(fù)周期以內(nèi),雷達(dá)將不能進(jìn)行測(cè)距,干擾效果將不受影響。跟蹤器在干擾發(fā)射期間由于偵察引導(dǎo)設(shè)備不工作,所以只能采用記憶跟蹤。記憶跟蹤的精度應(yīng)該達(dá)到在記憶跟蹤結(jié)束時(shí),雷達(dá)信號(hào)仍然處于跟蹤器的跟蹤波門內(nèi),這樣跟蹤器只利用一個(gè)脈沖就可以維持跟蹤,偵察的時(shí)間窗口也可以較窄。另外,記憶跟蹤的精度也決定了儲(chǔ)頻電路工作的時(shí)間窗口,記憶跟蹤的精度差,輸出的存儲(chǔ)波門必然變寬,落入儲(chǔ)頻窗口的干擾脈沖就多,干擾效果下降,并帶來電磁兼容問題。所以重頻跟蹤器記憶跟蹤的精度需要大幅提高,當(dāng)然這也需要跟蹤器能夠進(jìn)行精確、實(shí)時(shí)的雷達(dá)重復(fù)周期測(cè)量。
雷達(dá)工作模式快速變化時(shí),雷達(dá)的載頻、重頻和脈寬會(huì)快速改變。為了適應(yīng)其改變,跟蹤器內(nèi)部需要進(jìn)行多通道的并行跟蹤,通道的數(shù)量應(yīng)該大于等于雷達(dá)的工作模式,才能實(shí)現(xiàn)跟蹤波門的穩(wěn)定輸出。
為了解決大范圍頻率捷變信號(hào)的跟蹤問題,可采用高精度的方位、脈寬和脈幅濾波,對(duì)于頻率與民用導(dǎo)航雷達(dá)重疊的信號(hào),則需要對(duì)大量導(dǎo)航雷達(dá)脈沖建立跟蹤,在時(shí)域和頻域?yàn)V除導(dǎo)航信號(hào)的干擾。
重頻跟蹤器還必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雷達(dá)是否有意或無意發(fā)射欺騙掩護(hù)干擾脈沖,掩護(hù)脈沖通常比真實(shí)脈沖在時(shí)間上稍微超前,載頻脈寬等其他特征可以相同也可以不同,所以重頻跟蹤器必須進(jìn)行正確的檢測(cè)、識(shí)別和剔除,否則可能只對(duì)掩護(hù)脈沖進(jìn)行跟蹤和干擾。
為了對(duì)重疊信號(hào)進(jìn)行有效干擾,必須使干擾激勵(lì)器和發(fā)射機(jī)具有同時(shí)多信號(hào)發(fā)射能力。壓控振蕩器(VCO)基礎(chǔ)上的噪聲技術(shù)激勵(lì)器產(chǎn)生多信號(hào)需要采用多個(gè)VCO 通道,在直接數(shù)字合成(DDS)基礎(chǔ)上的噪聲技術(shù)產(chǎn)生器可以采用單個(gè)通道同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)信號(hào)。數(shù)字儲(chǔ)頻基礎(chǔ)上的欺騙干擾激勵(lì)器本身具有多信號(hào)的儲(chǔ)頻和復(fù)制能力,但是其變頻通道必須依靠多個(gè)通道并行工作。
小功率的激勵(lì)器可以采用多通道的方式實(shí)現(xiàn)多信號(hào)產(chǎn)生能力,不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的互調(diào)效應(yīng)。最終的大功率發(fā)射機(jī)一般是基于行波管的,由于體積、重量和價(jià)格的原因,難以為了實(shí)現(xiàn)多信號(hào)能力而采用并行工作的方案。為了使行波管避免多信號(hào)放大時(shí)產(chǎn)生互調(diào),應(yīng)使其工作在線性狀態(tài),基于多波束陣列發(fā)射機(jī)的波束開關(guān)矩陣也必須采用多刀多擲形式的開關(guān)。
數(shù)字儲(chǔ)頻的瞬時(shí)帶寬與高速多比特ADC 的采樣速度有關(guān),為了提高瞬時(shí)帶寬,可以采用正交采樣的方法實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)帶寬的加倍,但是這樣的提高仍然達(dá)不到要求。
可以采用的一種方案是在引導(dǎo)接收機(jī)的射頻前端進(jìn)行頻率的高速檢測(cè),然后將數(shù)字儲(chǔ)頻的變頻通道進(jìn)行快速引導(dǎo)。頻率的測(cè)量速度和引導(dǎo)速度需要達(dá)到10ns 量級(jí),才能保證干擾機(jī)的最小延遲時(shí)間要求,從而保證干擾效果。頻率快速測(cè)量的測(cè)頻分辨率只要達(dá)到數(shù)字儲(chǔ)頻瞬時(shí)帶寬的一半即可,可以采用瞬時(shí)測(cè)頻或多通道濾波檢波的方案實(shí)現(xiàn)快速頻率測(cè)量。頻率的快速引導(dǎo)需要采用快速的直接式頻率合成器來實(shí)現(xiàn),頻率的建立時(shí)間取決于超高速微波開關(guān)的開啟時(shí)間。
抑制和消除連續(xù)波對(duì)引導(dǎo)接收機(jī)和數(shù)字儲(chǔ)頻模塊的影響是提高電子對(duì)抗設(shè)備密集復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)能力的重要方面。目前的測(cè)頻接收機(jī)有時(shí)采用開關(guān)斬波的方法消除連續(xù)波信號(hào)的影響,也有將接收機(jī)的門限提高到連續(xù)波信號(hào)以上的處理方法。較好的措施是采用釔鐵石榴石(YIG)或單片微波集成電路(MMIC)可調(diào)帶阻濾波器過濾的辦法來消除連續(xù)波的影響,通常其抑制度可達(dá)40dB左右,為了濾除可能存在的多個(gè)干擾源,可以將多個(gè)濾波器串聯(lián)。對(duì)于數(shù)字儲(chǔ)頻通道來說,也必須采用同樣的措施,實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)波和高重頻干擾信號(hào)的濾除,才能避免其對(duì)放大、變頻、門限檢測(cè)等微波通道的干擾。
對(duì)于多方位和多波束比幅測(cè)向的寬開直檢式測(cè)向接收機(jī)來說,連續(xù)波和高重頻信號(hào)也將嚴(yán)重影響其正常工作。但是,由于通道數(shù)量多,如果每個(gè)通道都增加可調(diào)濾波器,那么價(jià)格、體積、重量和供電使得引導(dǎo)接收機(jī)難以承受。
為了解決測(cè)向通道受連續(xù)波和高重頻信號(hào)干擾的問題,可以借助低副瓣多波束天線來實(shí)現(xiàn)。對(duì)干擾方向?qū)?yīng)的波束進(jìn)行開關(guān)控制,可以將干擾有效抑制;也可采用自適應(yīng)濾波方案,即在測(cè)頻通道采用YIG或MMIC 可調(diào)濾波器進(jìn)行濾波,在多波束的每個(gè)測(cè)向通道利用經(jīng)過濾波的測(cè)頻通道的分路信號(hào)與一個(gè)固定中頻進(jìn)行單邊帶上變頻后作為本振信號(hào),測(cè)向天線輸出的信號(hào)與該本振信號(hào)混頻產(chǎn)生中頻信號(hào),該中頻信號(hào)的幅度與測(cè)向天線的射頻信號(hào)成比例。對(duì)于脈沖信號(hào),測(cè)頻通道濾波器保持直通狀態(tài),射頻信號(hào)與一固定中頻連續(xù)波信號(hào)經(jīng)單邊帶混頻器變頻后,作為本振信號(hào),該信號(hào)與定向通道來的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻后,產(chǎn)生與全向通道固定本振同頻的中頻信號(hào),該中頻信號(hào)的脈寬和脈幅與射頻信號(hào)相同,經(jīng)中頻檢波對(duì)數(shù)視頻放大器(DLVA)后進(jìn)行量化采樣和方位編碼,可達(dá)到與原射頻信號(hào)的DLVA方案同樣的性能。當(dāng)存在連續(xù)波或高重頻信號(hào)時(shí),測(cè)頻通道檢測(cè)到連續(xù)波信號(hào)后,控制可調(diào)濾波器濾除該頻率,所有定向通道由于無連續(xù)波或高重頻信號(hào)的本振輸入而無對(duì)應(yīng)的中頻輸出,而外部的脈沖信號(hào)則可以正常接收,從而抑制定向通道的干擾。
提高收發(fā)隔離度對(duì)于改進(jìn)干擾機(jī)的干擾效果至關(guān)重要。提高收發(fā)隔離的主要措施有:
(1)選擇適當(dāng)?shù)奶炀€安裝位置,降低近距離反射影響;
(2)降低收發(fā)天線的副瓣電平,降低空間直接耦合度;(3)收發(fā)天線采用正交極化,提高正交隔離度;(4)收發(fā)天線之間設(shè)置隔離裝置,提高空間隔離度;
(5)采用射頻和數(shù)字自適應(yīng)干擾對(duì)消措施,抑制干擾信號(hào)對(duì)接收機(jī)的影響。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,還應(yīng)該設(shè)法降低對(duì)收發(fā)隔離度的要求,例如自適應(yīng)降低發(fā)射功率、提高接收機(jī)的檢測(cè)門限,提高時(shí)分工作的靈巧性等。
在密集復(fù)雜的電磁環(huán)境中,艦載有源干擾機(jī)需要應(yīng)對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)、機(jī)載相控陣多功能雷達(dá)等威脅作戰(zhàn)對(duì)象采取的載頻大范圍捷變、重頻大范圍抖動(dòng)和掩護(hù)脈沖等抗干擾能力提升帶來的挑戰(zhàn)。在引導(dǎo)接收機(jī)和干擾發(fā)射機(jī)方面,需要增加時(shí)域重疊信號(hào)的參數(shù)測(cè)量、跟蹤和干擾能力,在電磁兼容性方面需要抑制連續(xù)波、高重頻、大量民用導(dǎo)航信號(hào)等干擾信號(hào)對(duì)接收機(jī)、干擾激勵(lì)器和重頻跟蹤器的干擾,需要解決收發(fā)隔離度達(dá)不到要求所帶來的影響信號(hào)穩(wěn)定偵收、識(shí)別和干擾的難題。解決以上問題之后,艦載有源干擾機(jī)將與無源干擾、舷外有源誘餌等設(shè)備一起協(xié)同配合,完成電子對(duì)抗系統(tǒng)肩負(fù)的軟殺傷使命任務(wù)。
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