楊亞波

(91404部隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

作為艦艇系統(tǒng)作戰(zhàn)的“千里眼”，雷達(dá)主要對(duì)空中威脅目標(biāo)及時(shí)預(yù)警并穩(wěn)定跟蹤，為武器系統(tǒng)提供可靠的目標(biāo)指示信息。隨著信息對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)面臨著越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境。如何在復(fù)雜電磁環(huán)境下發(fā)揮雷達(dá)有效探測(cè)性能成為了現(xiàn)在一項(xiàng)重要的研究課題。[1]在雷達(dá)抗干擾性能評(píng)估系統(tǒng)中，越來越注重量化數(shù)據(jù)的評(píng)估。[2]目前，一些較為先進(jìn)的雷達(dá)可實(shí)時(shí)采集原始數(shù)據(jù)，用于分析雷達(dá)在干擾環(huán)境中面臨的干擾強(qiáng)度等級(jí)。

本文從系統(tǒng)組成、工作原理和工作流程等方面介紹一種雷達(dá)干擾信號(hào)采集分析系統(tǒng)，用于接收被試?yán)走_(dá)天線口面處的干擾信號(hào)，并對(duì)干擾信號(hào)波形進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，事后從存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行回放，同時(shí)分析干擾信號(hào)的頻譜特征和時(shí)域特征，為雷達(dá)抗干擾定量評(píng)判提供依據(jù)。[3-4]同時(shí)，設(shè)備具有良好的便攜性，較低的功耗，確保設(shè)備在外場(chǎng)試驗(yàn)中能夠較長(zhǎng)時(shí)間地工作。

1 系統(tǒng)組成及原理

系統(tǒng)主要由干擾接收天線、輔助接收天線、采集和存儲(chǔ)主機(jī)、顯控終端及附屬設(shè)備等組成。系統(tǒng)的主體設(shè)備安裝在便攜式機(jī)箱內(nèi)，通過外部計(jì)算機(jī)或筆記本終端控制模擬器系統(tǒng)。

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作示意圖

采用兩個(gè)喇叭天線進(jìn)行兩個(gè)不同方向的干擾信號(hào)接收，1個(gè)輔助天線進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)接收，用于對(duì)消雷達(dá)發(fā)射信號(hào)。對(duì)天線接收到的信號(hào)進(jìn)行幅度控制和頻率變換，輸出中頻信號(hào)到信號(hào)采集處理單元進(jìn)行信號(hào)采集和處理。將處理后的數(shù)據(jù)連續(xù)高速存儲(chǔ)到高速存儲(chǔ)單元。運(yùn)行實(shí)時(shí)信號(hào)監(jiān)測(cè)軟件，對(duì)采集和存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行控制管理，并以圖表方式實(shí)時(shí)顯示采集信號(hào)分析結(jié)果。運(yùn)行事后分析軟件，從存儲(chǔ)單元中讀取并進(jìn)行波形回放，同時(shí)分析采樣信號(hào)的頻譜特征和時(shí)域特征，給出干擾參數(shù)分析結(jié)果。

系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理框圖

2 系統(tǒng)工作模式設(shè)計(jì)

首先根據(jù)試驗(yàn)的航線規(guī)劃選定合適的設(shè)備架設(shè)點(diǎn)位，對(duì)指定空域的干擾信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻、脈沖參數(shù)測(cè)量，供信號(hào)分選軟件分析處理，并把處理結(jié)果顯示、存儲(chǔ)，事后通過Matlab軟件進(jìn)行事后數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)工作分試驗(yàn)過程中的實(shí)時(shí)采集、信號(hào)分析模式和試驗(yàn)后的事后回放及分析模式。實(shí)時(shí)采集和信號(hào)分析在試驗(yàn)中同時(shí)進(jìn)行。

2.1 實(shí)時(shí)采集模式

系統(tǒng)通過兩個(gè)喇叭天線對(duì)兩個(gè)不同方向干擾信號(hào)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)。具體流程如下：

(1) 將天線和設(shè)備架設(shè)在被試?yán)走_(dá)附近，將兩路接收天線喇叭分別對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)不同方向的干擾輻射源，將輔助天線對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)發(fā)射方向；

(2) 輔助天線直接接收雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行寬帶檢波，得到雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖傳輸給信號(hào)處理單元，使采集設(shè)備在雷達(dá)發(fā)射期間不接收干擾信號(hào)；

(3) 兩個(gè)不同方向的干擾接收天線分別接收不同方向的干擾信號(hào)，并將干擾信號(hào)采樣和處理，存儲(chǔ)在高速存儲(chǔ)單元。

2.2 實(shí)時(shí)信號(hào)分析模式

完成信號(hào)實(shí)時(shí)采集后，系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)實(shí)時(shí)偵收和測(cè)量，包括信號(hào)頻率、脈寬實(shí)時(shí)測(cè)量和分選、實(shí)時(shí)干擾頻譜估計(jì)等。[5]工作流程如下：

(1) 按照實(shí)時(shí)采集流程，將天線和設(shè)備架設(shè)在被試?yán)走_(dá)附近，輔助天線接收雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，干擾接收天線接收不同方向的干擾信號(hào)，同時(shí)將干擾信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)持續(xù)采樣和測(cè)量；

(2) 對(duì)信道化測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖分選和識(shí)別處理，根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行干擾信號(hào)頻率和帶寬估計(jì)，通過千兆以太網(wǎng)輸出到控制終端計(jì)算機(jī)；

(3) 控制終端計(jì)算機(jī)對(duì)處理后的干擾信號(hào)進(jìn)行圖像化顯示，包括干擾信號(hào)列表顯示、干擾信號(hào)的頻率圖、脈寬圖和重復(fù)周期圖等顯示，并將分析結(jié)果保存在計(jì)算機(jī)硬盤。

2.3 事后回放和分析模式

系統(tǒng)在試驗(yàn)中實(shí)時(shí)采集兩個(gè)方向的干擾信號(hào)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存在大容量高速存儲(chǔ)單元中，事后選擇其中一路，并從存儲(chǔ)單元中讀取該記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，顯示信號(hào)的時(shí)域和頻域特征圖。同時(shí)，通過繪制脈內(nèi)時(shí)頻圖，分析脈內(nèi)調(diào)制特征，為雷達(dá)抗干擾定量評(píng)判提供依據(jù)，主要包括:(1)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道化濾波，然后進(jìn)行數(shù)字檢波、測(cè)頻、測(cè)幅、到達(dá)時(shí)間測(cè)量、脈寬測(cè)量，分選后得到信號(hào)的頻率、幅度、脈寬以及重復(fù)周期等；(2)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，估計(jì)干擾信號(hào)的中頻頻率、帶寬、功率等；(3)通過對(duì)脈內(nèi)信號(hào)的特征分析，識(shí)別干擾信號(hào)的脈內(nèi)調(diào)制類型；(4)以圖形形式顯示關(guān)心信號(hào)的時(shí)域波形圖、頻譜圖等，以列表方式顯示干擾信號(hào)的參數(shù)，包括頻率、帶寬、功率、脈寬、重復(fù)周期、調(diào)制樣式等。

2.4 系統(tǒng)時(shí)統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮自身時(shí)統(tǒng)同步和外部設(shè)備同步。自同步為設(shè)備自身進(jìn)行調(diào)試時(shí)同步設(shè)備內(nèi)部各控制器件的信號(hào)在沒有外部時(shí)統(tǒng)設(shè)備同步時(shí)鐘時(shí)由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生，時(shí)鐘最小周期控制為1 ms。外部同步信號(hào)是由外部時(shí)統(tǒng)設(shè)備提供全局的同步信號(hào)。有外部時(shí)統(tǒng)設(shè)備同步時(shí)，根據(jù)GPS秒脈沖同步計(jì)數(shù)產(chǎn)生最小1 ms的時(shí)鐘周期，當(dāng)有數(shù)據(jù)記錄或者偵收處理結(jié)果時(shí)讀取當(dāng)前的ms級(jí)時(shí)鐘作為數(shù)據(jù)記錄的起始，后續(xù)采樣點(diǎn)的時(shí)間可根據(jù)采樣率計(jì)算獲得。

干擾信號(hào)采集設(shè)備與雷達(dá)裝備接入同一時(shí)統(tǒng)，產(chǎn)生同步工作時(shí)序，便于在信號(hào)接收、分析和雷達(dá)信號(hào)對(duì)消等同步、精準(zhǔn)處理。

2.5 系統(tǒng)標(biāo)校

系統(tǒng)工作時(shí)根據(jù)需求進(jìn)行功率標(biāo)校，目的是將顯控界面顯示功率值標(biāo)校為天線口面的信號(hào)功率密度。標(biāo)校流程如下：(1)使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源自高頻前端注入，設(shè)置信號(hào)源頻率和輸出功率；(2)在設(shè)備端設(shè)置系統(tǒng)偵收頻率，記錄偵收信號(hào)的頻率和幅度；(3)對(duì)照輸入端信號(hào)源功率和設(shè)備端接收信號(hào)幅度值，將測(cè)量幅度校準(zhǔn)到前端輸入功率值(電纜損耗統(tǒng)一考慮在內(nèi))；(4)考慮天線口面有效面積，將測(cè)量得到的功率幅度值換算為信號(hào)在天線口面處的功率密度。

進(jìn)行上述標(biāo)校后，在實(shí)際使用時(shí)可將采集設(shè)備架設(shè)在雷達(dá)附近，在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下向雷達(dá)及采集設(shè)備輻射同一信號(hào)，根據(jù)雷達(dá)偵收到的信號(hào)幅度及采集設(shè)備天線口面處的信號(hào)功率密度進(jìn)行雷達(dá)功率與采集設(shè)備功率的校準(zhǔn)檢查。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種雷達(dá)干擾信號(hào)采集分析系統(tǒng)，通過對(duì)干擾信號(hào)的接收、采集、處理、顯示和回放等，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的測(cè)量和分析，可以有效幫助雷達(dá)完成抗干擾定量評(píng)估，對(duì)于雷達(dá)抗干擾定量評(píng)估體系建立具有一定的工程價(jià)值。