姜忠龍，王 瑾

(91404 部隊(duì)，河北 秦皇島 066001)

0 引言

利用強(qiáng)電磁脈沖干擾或毀傷電子設(shè)備是近年來發(fā)展起來的有效電磁干擾手段。2003年3 月的伊拉克戰(zhàn)爭，美英聯(lián)軍第一次使用了微波脈沖炸彈空襲了伊拉克國家電視臺，并造成電視臺一段時(shí)間癱瘓［1］。高功率微波(HPM）通常指輻射頻率在1～300GHz 范圍內(nèi)，脈沖功率在GW 級以上的微波脈沖。從殺傷機(jī)理上看，HPM 具有電效應(yīng)、病效應(yīng)和熱效應(yīng)，既能殺傷人畜，又能破壞武器的電子設(shè)備，即具有“軟”、“硬”殺傷能力［2］。HPM的軟、硬殺傷功能與照射到目標(biāo)上的功率密度有關(guān)，照射到目標(biāo)上的微波功率密度較小時(shí)，起到“軟”殺傷作用;微波功率密度較大時(shí)，可使金屬目標(biāo)的表面產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電流，燒毀電路中的電子元器件，起到“硬”殺傷作用。

超寬譜高功率微波(UWS-HPM）是指脈寬一般為幾納秒，上升沿、下降沿為亞納秒級的超寬帶高功率微波脈沖。由于所含頻譜極其豐富，可覆蓋多種目標(biāo)系統(tǒng)的響應(yīng)頻率，對無線電引信等電子系統(tǒng)的威懾很大［3-5］。對HPM 作用效應(yīng)同樣可以從毀傷效應(yīng)和干擾效應(yīng)兩方面進(jìn)行分析。文獻(xiàn)［6-8］通過實(shí)驗(yàn)研究了HPM 對炮彈無線電引信的作用效應(yīng)。導(dǎo)彈無線電引信具有較強(qiáng)的抗干擾性能，研究強(qiáng)電磁脈沖對導(dǎo)彈無線電引信的輻照效應(yīng)對攻防雙方都具有非常重要的意義。真實(shí)的輻照實(shí)驗(yàn)代價(jià)高昂，而計(jì)算機(jī)仿真具有代價(jià)低、可重復(fù)的特點(diǎn)，是對干擾效果進(jìn)行評估分析的一種重要手段。本文假設(shè)無線電引信沒有毀傷的前提下，采用Matlab Simulink 作為仿真工具，對HPM 在脈沖多普勒無線電引信中各個(gè)環(huán)節(jié)的響應(yīng)進(jìn)行了仿真，得到了電磁能量在各個(gè)環(huán)節(jié)的分布情況，對干擾效果進(jìn)行了分析。

1 脈沖多普勒無線電引信工作原理

脈沖多普勒無線電引信發(fā)射信號為

其中，E為信號電平，f0為載波頻率，T為脈沖發(fā)射周期，τ為脈沖發(fā)射間隔。

由于脈沖無線電引信只在脈沖持續(xù)周期內(nèi)發(fā)射高頻能量，因而可在平均功率較小的條件下，具有較高的峰值功率，從而能達(dá)到較大的作用距離。這種引信采用“距離門”進(jìn)行測距選擇，距離截至特性良好;同時(shí)又可以通過多普勒頻率進(jìn)行速度選擇，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

假設(shè)回波信號的多普勒頻率為fd，相對發(fā)射信號的延遲時(shí)間為τ1，則回波信號可表示為

回波信號經(jīng)距離波門選擇、混頻、濾波、放大后進(jìn)入執(zhí)行級。

2 計(jì)算機(jī)仿真

脈沖多普勒無線電引信采用Simulink 進(jìn)行建模仿真。模型如圖1所示。模型包括回波信號產(chǎn)生模塊、HPM 脈沖產(chǎn)生模塊、信號處理模塊3個(gè)部分。其中，信號處理模塊包括混頻、低通濾波器、自動增益控制和帶通濾波器。由于帶通濾波器帶寬與采樣頻率相比太小，數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)比較困難。在帶通濾波之前增加了欠采樣模塊，不影響信號輸出。

發(fā)射脈沖寬度100 ns，占空比10%，信號電平1V;HPM 脈沖寬度1 ns，占空比0.1%，信號電平100V。

2.1 只有目標(biāo)回波信號的情況

在只有目標(biāo)信號的情況下，混頻器輸出如圖2所示。從圖2 可以看出，混頻器輸出為脈沖信號。這些脈沖信號被多普勒頻率所調(diào)制，混頻后經(jīng)低頻濾波器輸出，如圖3所示。

從圖3 可以看出，低通濾波后，輸出結(jié)果為多普勒包絡(luò)信號，并且由于濾波器的延遲造成輸出為連續(xù)諧波信號。放大、欠采樣后經(jīng)帶通濾波器輸出結(jié)果如圖4所示。

圖2 混頻器輸出

圖3 低通濾波器輸出

圖4 多普勒濾波器輸出

從圖4 可以看出，在只有目標(biāo)信號的情況下，經(jīng)過低通濾波器、帶通濾波器后，輸出為連續(xù)的諧波信號，該信號的頻率為多普勒頻率;輸出電平達(dá)到2.5 V，引信可以正常啟動，說明引信信號處理模型是正確的。

2.2 只有HPM 脈沖信號的情況

在只有HPM 脈沖信號的情況下，低通濾波器輸出如圖5所示。經(jīng)多普勒帶通濾波器后輸出如圖6所示。

從圖6 可以看出，由于自動增益控制的作用，使輸入帶通濾波器的HPM 脈沖能量大大減弱，經(jīng)多普勒濾波器后輸出結(jié)果很小，不會造成引信啟動。

2.3 HPM 脈沖與目標(biāo)信號同時(shí)存在的情況

(1）脈沖重合的情況

HPM 脈沖與目標(biāo)信號同時(shí)存在的情況下，如果回波脈沖與HPM 脈沖在時(shí)間上重合，輸出結(jié)果如圖7所示。

圖5 低通濾波器輸出

圖6 多普勒濾波器輸出

圖7 多普勒濾波器輸出

從圖7 可以看出，在HPM 脈沖與目標(biāo)回波信號重合的情況下，HPM 脈沖會對目標(biāo)信號造成壓制，使回波信號無法放大檢出，引信無法啟動。比較圖6、圖7可以看出，兩種情況的輸出結(jié)果幾乎完全一樣，可見輸出結(jié)果主要是HPM 在電路中的響應(yīng)。

(2）脈沖不重合的情況

如果HPM與目標(biāo)回波脈沖在時(shí)間上不重合，引信回波信號處在兩個(gè)HPM 脈沖之間，低通濾波器輸出結(jié)果如圖8所示。

圖8 低通濾波輸出

比較圖3、圖5和圖8 可以看出，在HPM 脈沖和目標(biāo)回波脈沖不重合的情況下，輸出信號幅度介于只有HPM 脈沖響應(yīng)和只有目標(biāo)回波脈沖響應(yīng)兩種情況之間，分析這是由于低通濾波器的延遲響應(yīng)造成的。

經(jīng)多普勒濾波器后輸出如圖9所示。

圖9 多普勒濾波器輸出

從圖9 可以看出，在HPM 脈沖與目標(biāo)回波信號不重合的情況下，經(jīng)過低通濾波器的平滑作用，HPM 脈沖仍然會對目標(biāo)信號造成壓制，使回波信號無法放大檢出，引信無法正常啟動。

3 仿真結(jié)果分析

對超寬譜HPM 干擾脈沖多普勒無線電引信采用Matlab Simulink 進(jìn)行建模仿真，從仿真結(jié)果可以看出:

(1）在只有目標(biāo)回波信號的情況下，仿真輸出為連續(xù)多普勒信號，信號幅度也能達(dá)到啟動電壓，說明仿真模型是正確的。

(2）在只有HPM 脈沖的情況下，由于自動增益控制的作用，使HPM 能量大大減小，經(jīng)多普勒濾波器處理后，信號能量幅度很小，不會造成引信啟動。

(3）在目標(biāo)與HPM 同時(shí)存在的情況下，不管HPM與目標(biāo)回波脈沖在時(shí)間上是否重合，HPM 脈沖都會在通過低頻濾波器后形成延遲，從而對目標(biāo)信號造成壓制;再經(jīng)過限幅放大、帶通濾波后輸出的目標(biāo)信號幅度無法達(dá)到啟動電平，因此引信無法正常啟動。

4 結(jié)束語

本文采用計(jì)算機(jī)仿真對超寬譜HPM 作用于脈沖多普勒無線電引信的干擾效應(yīng)進(jìn)行了研究。從仿真結(jié)果來看，超寬譜HPM 可以對脈沖多普勒無線電引信造成壓制干擾，但經(jīng)多普勒濾波器后輸出信號幅度很小，無法使引信誤啟動。在HPM 脈沖與引信回波信號不重合的情況下，分析認(rèn)為壓制干擾作用主要是由于濾波器的延時(shí)造成了超寬譜HPM 脈沖信號的展寬。

［1］張磊.當(dāng)代高功率微波武器的研究進(jìn)展［J］.航空兵器，2004(6）:1-3.

［2］田波，張永順.電子對抗新概念——高功率微波武器［J］.飛航導(dǎo)彈，2002(3）:12-15.

［3］黃裕年，任國光.高功率超寬帶電磁脈沖技術(shù)［J］.微波學(xué)報(bào)，2002，18(4）:90-94.

［4］Michael Camp，Hwyno Garbe.Daniel Nitsch.Influence of the technology on the destruction effects of semiconductors by impact of EMP and UWB pulses［C］// IEEE Electromagnetic Compatibility Conf.，New York，2002:87-92.

［5］Gaudet J A，Prather W D，Baum C E.Progress in gallium arsenide photoconductive switch research for high power applications［C］// IEEE Power Modulator Symposium，New York，2002:699-702.

［6］王韶光，魏光輝，孫永衛(wèi)，等.無線電引信超寬帶電磁脈沖效應(yīng)研究［J］.軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，18(1）:15-18.

［7］李剛，趙月飛，劉尚合，等.無線電引信執(zhí)行電路抗超寬譜電磁脈沖研究［J］.高電壓技術(shù)，2007，33(3）:128-131.

［8］王韶光，魏光輝，陳亞洲，等.超寬譜對無線電引信的作用效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(11）:78-80.