喬宏樂,余建宇,王 超

(西安電子工程研究所,西安 710100)

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電子偵察系統(tǒng)實時相位校準(zhǔn)技術(shù)的研究

喬宏樂,余建宇,王 超

(西安電子工程研究所,西安 710100)

干涉儀偵察系統(tǒng)對相位穩(wěn)定性要求極高，本文提出一種干涉儀偵察系統(tǒng)實時相位校準(zhǔn)方法，克服干涉儀偵察系統(tǒng)相位隨溫度變化對系統(tǒng)測向精度的影響，以及系統(tǒng)模塊更換后初始相位改變后無需重復(fù)進(jìn)行初始相位校準(zhǔn)，獲得更加準(zhǔn)確的系統(tǒng)實時相位特性參數(shù)，提高了干涉儀技術(shù)體制的實用性和靈活性。

干涉儀;相位穩(wěn)定性;實時相位校準(zhǔn)

0 引 言

電子對抗系統(tǒng)通常包括電子偵察和電子干擾兩個主要方向。電子偵察系統(tǒng)中使用快速高精度、高識別率的無源被動定位技術(shù)進(jìn)行戰(zhàn)場監(jiān)視和遠(yuǎn)程精確打擊已成為一種重要的技術(shù)和發(fā)展趨勢。所有的電子戰(zhàn)和信號情報系統(tǒng)都需要具備對敵信號源進(jìn)行定位測向的能力。干涉儀測向系統(tǒng)精度高、靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理時間短、工作頻率范圍寬等特點(diǎn)而被廣泛使用，其作為電子偵察系統(tǒng)重要組成部分，主要作用：(1)輻射源的分選、識別提供可靠依據(jù)(輻射源空間位置無法捷變)；(2)為電子干擾和摧毀攻擊提供引導(dǎo)；(3)為武器系統(tǒng)提供威脅告警；(4)實現(xiàn)對輻射源無源定位。干涉儀測向系統(tǒng)通過檢測電磁波到達(dá)測向天線陣各天線間信號的相位差來確定來波方向。因此，干涉儀測向系統(tǒng)相位穩(wěn)定性是保證測向精度的關(guān)鍵。

近幾年，世界各國大力發(fā)展毫米波技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)體積小、重量輕、頻帶寬、分辨率高和抗干擾性好，主要應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤、導(dǎo)引頭的末端精確制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域。目前，由于毫米波器件的性能有待提高，選擇毫米波干涉儀測向測頻體制的電子偵察方案，技術(shù)較成熟，實現(xiàn)難度較大，毫米波信號要經(jīng)過系統(tǒng)兩級本振混頻到中頻進(jìn)行信號處理，系統(tǒng)相位穩(wěn)定性及各接收通道相位不平衡性會直接影響偵察系統(tǒng)的測向精度。傳統(tǒng)的干涉儀測向技術(shù)應(yīng)用于毫米波領(lǐng)域需考慮采用一種實時校準(zhǔn)方法保證系統(tǒng)的相位穩(wěn)定性，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計要求的測向精度。

1 相位校準(zhǔn)原理

根據(jù)干涉儀測向原理，無論何種工作頻率、由何種數(shù)量天線構(gòu)成的干涉儀電子偵察測頻測向系統(tǒng)，其測向精度都和相位測量精度有直接關(guān)系。干涉儀系統(tǒng)的所觀測到的相位信息可由式(1)表示：

φsystem=φsignal+φantenna+φreceiver+ΔφT

(1)

式中：φsystem為系統(tǒng)所觀測到的相位信息；φsignal為不同頻率信號由不同來波方向的相位量；φantenna為各天線的初始相位量；φreceiver為接收機(jī)不同通道的相位量；ΔφT為系統(tǒng)各微波器件、本振信號及接收機(jī)內(nèi)部由溫度引起的相位變化量總和。

干涉儀實際應(yīng)用是通過測量φsystem值獲取φsignal來計算不同頻率的信號來波方向，這就要求干涉儀系統(tǒng)首先確定系統(tǒng)相位特性參數(shù)φantenna和φreceiver。確定φantenna和φreceiver真實值的過程就稱為干涉儀系統(tǒng)的初始相位校準(zhǔn)。

不具備實時相位校準(zhǔn)功能的干涉儀無源偵察系統(tǒng)存在兩方面缺陷：

(1)由于忽略了實際存在的相位隨溫度變化的因素，因此系統(tǒng)測向結(jié)果總會隨著溫度的變化存在誤差，不能滿足高精度的應(yīng)用需求；

(2)在工程應(yīng)用中，系統(tǒng)需要進(jìn)行維修或更換射頻電纜或模塊，干涉儀接收系統(tǒng)各通道初始相位量(包含通道間不平衡性)φreceiver并非恒定不變，接收系統(tǒng)相位信息會隨著溫度發(fā)生漂移或隨著射頻電纜或某一模塊更換發(fā)生改變，即初始相位校準(zhǔn)結(jié)果并不能長期保持精確有效，超出測向算法的容差范圍需要人工反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)初始相位校準(zhǔn)。初始相位校準(zhǔn)工作要求在微波暗室遠(yuǎn)場條件下進(jìn)行，且要求將系統(tǒng)工作范圍內(nèi)所有頻點(diǎn)的相位信息進(jìn)行記錄存儲，反復(fù)初始相位校準(zhǔn)使干涉儀電子偵察系統(tǒng)難以滿足長期使用和可維修性要求，限制了干涉儀的應(yīng)用。

2 解決方法

通過對干涉儀偵察系統(tǒng)的相位信息進(jìn)行分析，為了克服干涉儀電子偵察系統(tǒng)相位校準(zhǔn)方法的不足，設(shè)計了一種干涉儀電子偵察系統(tǒng)的實時相位校準(zhǔn)方法，不僅可以克服干涉儀系統(tǒng)相位信息隨溫度變化對系統(tǒng)測向精度的影響，還可以通過對實時相位信息和初始相位信息進(jìn)行矩陣運(yùn)算，獲取修正的系統(tǒng)相位信息，以補(bǔ)償系統(tǒng)射頻接收模塊更換后造成初始相位變化量，無需重復(fù)進(jìn)行初始相位的校準(zhǔn)，提高干涉儀測向精度的同時，增強(qiáng)了干涉儀的可維修性。該方法處理實時性高、應(yīng)用靈活、工程可實現(xiàn)性強(qiáng)，實現(xiàn)了自動校準(zhǔn)流程。

圖1 實時校準(zhǔn)系統(tǒng)組成框圖

根據(jù)圖1所示，本方法解決技術(shù)問題的具體實施方式是在干涉儀電子偵察系統(tǒng)設(shè)計中，增加自檢校準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊，自檢校準(zhǔn)信號通過接收天線耦合器進(jìn)入干涉儀四通道接收系統(tǒng)，信號處理軟件對四通道中頻信號進(jìn)行數(shù)字信道化處理，以第一通道信號相位為基準(zhǔn)，形成包含頻率和相位差信息的脈沖描述字，信號處理軟件對系統(tǒng)工作頻帶內(nèi)各頻點(diǎn)的相位信息進(jìn)行記錄，形成系統(tǒng)相位信息數(shù)據(jù)。

(2)

在相同溫度條件下，系統(tǒng)利用實時相位校準(zhǔn)方法獲取系統(tǒng)初始實時相位信息數(shù)據(jù)，初始實時相位信息可由式(3)表示：

(3)

系統(tǒng)設(shè)計中，對相位信息隨溫度變化敏感的分系統(tǒng)增加溫度傳感器，如前端射頻模塊、接收機(jī)分系統(tǒng)、信號處理器分系統(tǒng)，干涉儀系統(tǒng)在正常工作時周期對分系統(tǒng)溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)溫度超過一定范圍時，利用實時相位校準(zhǔn)方法得到系統(tǒng)實時相位信息，實時相位信息可由式(4)表示。

(4)

干涉儀系統(tǒng)可以通過對實時相位信息與初始實時相位信息的矩陣運(yùn)算得到系統(tǒng)隨溫度變化所引起的系統(tǒng)實時相位變化量ΔφT，可由式(5)表示：

(5)

這樣，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測系統(tǒng)的相位變化，當(dāng)系統(tǒng)相位隨溫度產(chǎn)生的變化量ΔφT超過干涉儀測向算法對相位抖動的容忍門限時，系統(tǒng)自動對初始相位φ初始相位信息進(jìn)行修正，修正初始相位信息可由式(6)得到，這樣實時相位校準(zhǔn)方法可以獲取實時的修正初始相位信息，保證了系統(tǒng)相位的實時穩(wěn)定性，使毫米波干涉儀電子偵察系統(tǒng)測向精度進(jìn)一步提高。

φ修正初始相位信息=φ初始相位信息-ΔφT

(6)

(7)

維修后實時相位信息φ維修后實時相位信息與系統(tǒng)維修前初始相位信息φ初始實時相位信息經(jīng)矩陣運(yùn)算, 由式(8)可得到系統(tǒng)相位修正量Δφ修正量。

Δφ修正量=φ維修后實時相位信息-φ初始實時相位信息=

(8)

由式(9)將初始相位信息用相位修正量Δφ修正量進(jìn)行修正計算得到φ維修后修正初始相位信息,這樣維修后的干涉儀系統(tǒng)不必再進(jìn)行復(fù)雜的初始相位信息校準(zhǔn)工作，提高了系統(tǒng)的可維修性。

φ維修后修正初始相位信息=φ初始相位信息-Δφ修正量

(9)

3 結(jié) 語

具有實時相位校準(zhǔn)功能的干涉儀偵察系統(tǒng)與相同技術(shù)體制偵察系統(tǒng)相比較具有有益效果：

(1)系統(tǒng)實時相位信息的提取和記錄方法，保證了系統(tǒng)相位的穩(wěn)定性，工程可實現(xiàn)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活，速度快，對相位信息敏感的系統(tǒng)和設(shè)備都可以借鑒。

(2)提高了干涉儀電子偵察系統(tǒng)的工程可實現(xiàn)性。目前，干涉儀電子偵察測頻測向技術(shù)體制多應(yīng)用于2～18 GHz頻段，毫米波電子偵察系統(tǒng)則采用比幅測向體制，測向精度較低。隨著毫米波精確制導(dǎo)武器裝備的發(fā)展，電子戰(zhàn)中對毫米波電子偵察系統(tǒng)的測向精度要求不斷提高。在工程設(shè)計中，采用實時相位校準(zhǔn)方法可以解決毫米波干涉儀電子偵察系統(tǒng)相位穩(wěn)定性與測向精度之間的矛盾，提高了工程可實現(xiàn)性。

(3)干涉儀電子偵察技術(shù)體制中增加實時相位校準(zhǔn)方法，不僅可以保證系統(tǒng)的相位穩(wěn)定性，還可以使干涉儀技術(shù)體制設(shè)計模塊化，同時提高了系統(tǒng)的維修性。干涉儀測向技術(shù)體制的系統(tǒng)，往往對相位信息穩(wěn)定性要求高，初始相位信息要在微波暗室進(jìn)行精確校準(zhǔn)，一旦系統(tǒng)某一模塊發(fā)生故障，則要重新對系統(tǒng)做初始相位校準(zhǔn)，工作量大，難度大，環(huán)境要求苛刻，在某些應(yīng)用條件下根本不允許，只能更換整個系統(tǒng)，即耗時代價又大。系統(tǒng)設(shè)計如增加實時相位校準(zhǔn)功能，可對維修或更換模塊前后系統(tǒng)相位信息進(jìn)行對比，根據(jù)實時相位信息對初始相位信息進(jìn)行修正，避免了只要相位發(fā)生變化就要重新進(jìn)行初始相位校準(zhǔn)的工作，提高了干涉儀技術(shù)體制的實用性和靈活性。

[1] 趙國慶.雷達(dá)對抗原理[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1999.

[2] David L.Adamy. 電子戰(zhàn)基礎(chǔ)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2009.

[3] David L.Adamy. 電子戰(zhàn)進(jìn)階[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2009.

余建宇(1981—)，山西人 ，高級工程師，主要研究方向為電子對抗系統(tǒng)總體設(shè)計；

王 超(1983—)，吉林人 ，高級工程師，主要研究方向為電子對抗系統(tǒng)總體設(shè)計。

Study on the Real-Time Phase Calibration of Interferometer

QIAO Hong-le, YU Jian-yu, WANG Chao

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100)

The direction finding system with interferometer has high requirements on the stability of phase. The real-time phase calibration of system is proposed in this paper. The method overcomes the influence on the precision of direction finding system because of the changes of system phase with temperature. After system module replacement, the initial system phase change without repeated initial phase calibration. The system can get more accurate real-time phase characteristic parameters through this method. The practicability and flexibility of the system is improved.

interferometer; stability of phase; real-time phase calibration

10.3969/j.issn.1673-5692.2016.06.002

2016-08-30

2016-09-15

：A

1673-5692(2016)06-574-03

喬宏樂(1983—)，內(nèi)蒙古人，工程師，主要研究方向為雷達(dá)偵察信號處理； E-mail：qiaohongle@qq.com