俞育新 王 平 馬朝陽 陳豪東

(1.舟山監(jiān)修室 舟山 316000)(2.中國西南電子設(shè)備研究所 成都 610036)

?

某型雷達偵察設(shè)備動態(tài)范圍測試方法優(yōu)化探討*

俞育新1王 平2馬朝陽1陳豪東1

(1.舟山監(jiān)修室 舟山 316000)(2.中國西南電子設(shè)備研究所 成都 610036)

論文基于某型雷達偵察設(shè)備的系統(tǒng)靈敏度和動態(tài)范圍的基本測試方法,提出了一種優(yōu)化測試方案,進一步考慮了實際信號輻射到達測頻前端和測向前端的功率情況,通過使用均衡器匹配方法,彌補了測頻和測向前端的通道增益差異,較好地解決了該通道匹配問題。通過優(yōu)化方案的模擬測試與指標轉(zhuǎn)化結(jié)果,可以驗證該優(yōu)化方案更能等效代替大功率輻射源輻射法測試,為以后的整機系統(tǒng)調(diào)試、測試以及產(chǎn)品檢驗提供優(yōu)化思路。

系統(tǒng)靈敏度; 動態(tài)范圍; 均衡器; 功分器

Class Number TN955

1 引言

在雷達偵察設(shè)備中,工作靈敏度表示接收機接收微弱信號的能力。能接收的信號越微弱,則接收機的靈敏度越高,因而雷達偵察設(shè)備的作用距離就越遠,通常用最小可檢測信號功率來表示[1]。動態(tài)范圍表示接收機能夠正常工作所容許的輸入信號強度變化的范圍。當輸入信號功率過大時,接收機前端將發(fā)生飽和而出現(xiàn)寄生信號,或者發(fā)生過載現(xiàn)象,或者輸出超出接收機正常工作需要的信噪比,通常用這種強信號輸入功率和弱信號輸入功率之比來表示[2～3]。

在工程實際中,對動態(tài)范圍的測試工作有兩種不同的認識,一種是首先測定雷達偵察設(shè)備的工作靈敏度,確定設(shè)備最小可檢測信號的功率,在這個功率電平基礎(chǔ)上加上動態(tài)范圍指標值,觀察設(shè)備工作情況,作為判斷依據(jù);另外一種是按照設(shè)備的工作靈敏度指示要求,在工作靈敏度指標的基礎(chǔ)上加上動態(tài)范圍指標值,觀察設(shè)備工作情況,作為判斷依據(jù)[4]。本文認為后者更具有合理性,它確定了滿足設(shè)備正常工作的絕對功率范圍。

2 問題提出

假設(shè)某型雷達偵察設(shè)備的系統(tǒng)工作靈敏度指標為優(yōu)于-50dBmi,動態(tài)范圍指標是50dB,為了測試這兩個系統(tǒng)指標,在微波暗室建立測試環(huán)境,如圖1所示。由于該設(shè)備的系統(tǒng)工作靈敏度指標要求為優(yōu)于-50dBmi,動態(tài)范圍指標要求為50dB,因此,產(chǎn)品規(guī)范(技術(shù)條件)對設(shè)備的動態(tài)范圍絕對指標為優(yōu)于0dBmi,即到達設(shè)備接收天線口面的功率至少為0dBmi。根據(jù)系統(tǒng)工作靈敏度的計算公式反向推算,如表1所示,采用輻射測試方法測試偵察設(shè)備的動態(tài)范圍時,對輻射源的功率要求最大為851.1W。

為了在輻射源處獲得300W～900W量級的功率,而且具有寬帶特性,需要采用高壓電源+行波管提供足夠大的功率[5]。在設(shè)備組成上,行波管至天線的射頻鏈路需要采用波導(dǎo),以增大功率傳輸容量[6]。還需要冷卻系統(tǒng)給行波管和高壓電源散熱,保障其能正常工作[5]。由于獲得851.1W的大功率輻射源,對其測試設(shè)備硬件要求很高,成本很大,難以實現(xiàn)。因此,在工程中通常使用輸出功率小1W的信號源進行模擬測試。

表1 動態(tài)范圍輻射測試時對輻射源的功率需求

圖1 系統(tǒng)工作靈敏度輻射測試框圖

3 現(xiàn)狀調(diào)查

以某型設(shè)備的產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的檢測方法為例,闡述了其動態(tài)范圍測試框圖和計算公式,如圖2、式(1)所示,該測試方法存在一定的局限性,需要進一步考慮實際輻射情況到達高頻箱(測頻前端)和測向接收前端的功率大小,以及測頻和測向前端的通道匹配問題,因此,可以對原有的測試方案進行優(yōu)化探索,進一步達到真實模擬輻射測試的環(huán)境。

某型雷達偵察設(shè)備動態(tài)范圍D:

D=Ps2-Ps1

(1)

式中:D為接收機動態(tài)范圍,單位為dB;Ps1為對應(yīng)靈敏度時的信號源輸出電平,單位為dBm;Ps2為對應(yīng)頻率接收機正常時信號源最大輸出電平,單位為dBm。實際測試時,信號源功率設(shè)置為(Ps1+D)dBm,設(shè)備正常偵收則判為合格。

圖2 某型雷達偵察設(shè)備動態(tài)范圍測試框圖

4 問題分析

1) 模擬測試原則

眾所周知,采用信號輻射法測試動態(tài)范圍的方法是絕對正確的,但是在實際操作時,卻是最不可行的,對測試設(shè)備要求高,成本大,難以實現(xiàn)[7]。因此,需要采用模擬測試的方法來等效替代輻射測試。在建立模擬測試模型時,必須保證模擬測試方法具有等效替換性,進而可以減小設(shè)備在實際應(yīng)用中的測試誤差。

2) 模擬測試模型

對于前文的某型雷達偵察設(shè)備,采用信號源注入方法測試動態(tài)范圍,只有繞過測頻、測向接收天線,分別將信號從測向前端接收組件和測頻前端接收組件注入。為了保證注入信號的到達同時性和模擬輻射接收時的情況,信號源輸出接一個3dB功分器,如圖3所示。此外,還需要考慮到以下兩個因素:

(1)測向天線與測頻天線的增益不同,其中測向天線(定向喇叭天線)的增益為正值,而測頻天線的增益為負值(全向雙錐天線);

(2)射頻傳輸鏈路上的插損不同,即圖中線路1和線路2的長度和插損不同。

因此,需要在功分器輸出增加均衡器來模擬這兩種因素的差異性,以達到輻射測試方法下的等同效果,如圖3所示。用虛線框內(nèi)功分器、均衡器和電纜B、C等效替代偵察設(shè)備的測頻天線和測向天線以及它們與前端的連接電纜。

3) 均衡器幅頻特性固化

由前文分析,在偵察設(shè)備系統(tǒng)工作靈敏度測試時,當信號源的輸出功率為10dBm時,經(jīng)計算可以得出到達設(shè)備接收天線口面的功率,如表3所示[8]。此時,信號分兩個通道進入前端接收組件,一個通道通過測頻天線以及電纜1(測頻前端通道)進入測頻前端接收組件,另一個通道通過測向天線以及電纜2(測向前端通道)進入測向前端接收組件。因此,需要測出兩個通道的增益差異數(shù)據(jù)。

圖3 動態(tài)范圍注入測試框圖

頻率(MHz)天線口面的功率(dBmi)測向前端接收組件輸入功率(dBm)測頻前端接收組件輸入功率(dBm)測向前端通道增益Gd(dB)測頻前端通道增益Gf(dB)均衡器取值(dB)××-46.2-35.6-51.510.6-5.3-15.9××-46.6-35.6-51.211.0-4.6-15.6××-47.3-35.9-51.511.4-4.2-15.6××-47.6-35.6-51.012.0-3.4-15.4××-48.0-35.5-50.212.5-2.2-14.7××-48.3-35.2-49.513.1-1.2-14.3××-48.8-37.2-51.211.6-2.4-14.0××-49.0-38.2-52.310.8-3.3-14.1××-49.2-40.1-53.59.1-4.3-13.4××-49.6-40.7-54.58.9-4.9-13.8××-49.4-41.2-55.08.2-5.6-13.8

根據(jù)實測的數(shù)據(jù),給出均衡器的衰減曲線,如圖4所示。

圖4 均衡器的衰減曲線

4) 測試指標轉(zhuǎn)化

在動態(tài)范圍測試時,要求到達設(shè)備接收天線的功率為-50dBmi+50dB,即0dBmi。于是可以按照公式(Pi=Di+Gd+Lg)計算信號源的輸出功率。按照信號源輸出功率要求進行測試,該雷達偵察干擾設(shè)備能夠正常工作,說明該設(shè)備將滿足其動態(tài)范圍的指標要求,其指標轉(zhuǎn)化如圖5所示。由實際模型測試結(jié)果,可以準確分析出動態(tài)范圍測試時信號源輸出功率,如表4所示。

圖5 指標轉(zhuǎn)化示意圖

頻率(MHz)系統(tǒng)動態(tài)范圍Di(dBmi)測向前端通道增益Gd(dB)功分器和電纜A、C插損Lg(dB)信號源輸出功率Pi(dBm)××010.6414.6××011.0415.0××011.4415.4××012.0416.0××012.5416.5××013.1417.1××011.6415.6××010.8414.8××09.1413.1××08.9412.9××08.2412.2

5 結(jié)語

本文對在微波暗室里模擬測試偵察設(shè)備動態(tài)范圍提供了優(yōu)化思路,并以某型雷達偵察設(shè)備為實例進行分析,測試了測向和測頻前端通道的增益差異數(shù)據(jù)。通過使用均衡器匹配,彌補了通道差異,構(gòu)建了模擬測試的基本模型,使之能等效替代輻射法測試。這一模型,為整機調(diào)試、測試以及整機產(chǎn)品檢驗提供了方法依據(jù)。

[1] 趙國慶.雷達對抗原理[M].第二版.西安:西安電子科技大學出版社,2012:109-114.

[2] 林象平.雷達對抗原理[M].西安:西安電子科技大學出版社,2006:23-24.

[3] 丁鷺飛,耿富錄,陳建春.雷達原理[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014:88-89.

[4] 胡來招.電子情報雷達信號分析[R].成都:中國電子科技集團公司第二十九研究所電子信息控制重點實驗室,2011:19-22.

[5] 廖復(fù)疆.真空電子技術(shù)[M].第二版.北京:國防工業(yè)出版社,2008:51-60,73-79.

[6] 王新穩(wěn).微波技術(shù)與天線[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003:40-60.

[7] David Adamy.電子戰(zhàn)基礎(chǔ)[M].王燕,朱松,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2009:8-11.

[8] 楊超.雷達對抗基礎(chǔ)[M].成都:電子科技大學出版社,2012:209-217.

Optimization Discussion of Dynamic Range Test Method Based on a Certain Type of Radar Reconnaissance Equipment

YU Yuxin1WANG Ping2MA Chaoyang1CHEN Haodong1

(1. Repair Representative Office of Navy in Zhoushan, Zhoushan 316000) (2. Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, Chengdu 610036)

A kind of optimization test method in this paper is proposed based on the test method of system sensitivity and dynamic range with are radar reconnaissance equipments. The actual signal power that arrives at frequency measurement front-end and direction finding front-end are further considered. The channel matching problem between frequency measurement front-end and direction finding front-end is solved by the application of equalizer matching method. At last, the effectiveness of the proposed optimization test method is verified by a lot of simulation experiments and test results. This optimization test method is more effective than traditional method, and it provides optimized ideas for future work.

system sensitivity, dynamic range, equalizer, power divider

2014年12月14日,

2015年1月22日

俞育新,男,高級工程師,研究方向:艦載武器系統(tǒng)。王平,男,工程師,研究方向:雷達對抗和生產(chǎn)測試制造技術(shù)。馬朝陽,男,工程師,研究方向:電子裝備維修保障。陳豪東,男,工程師,研究方向:電子裝備維修保障。

TN955

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.020