基于无线电体制的多功能智能靶标设计＊

2012-07-11韩春生何四华

舰船电子工程 2012年9期

葛尧韩春生何四华

（92941部队91分队葫芦岛 125000）

1 引言

在进行武器系统试验时，靶标一般使用在浮筒式载体上加装多种不同类型、数量的角反射模拟单元实现不同吨位典型舰艇的RCS散射特性，这种体积庞大的机械式角反射体靶标受风面积大、重心高、迎风阻力大、运动稳定性差，载体稳性受海况环境因素影响恶劣。尤其在对舰船进行面（体）目标散射特性模拟时，靶标自身造价昂贵，更换状态费时费力，保障兵力多，海上作业难度大，难以满足快速供靶要求，加之供靶时，由于其载体尺寸较大，上层结构密集，被命中而损坏概率高，修复时间长，同时，现有面模拟方式提供高速运动靶标的建设、使用费用也难以承受。

基于无线电体制的多功能智能靶标体积小，重量轻，特别是在载体甲板以上部分受风面积小，有利于减小载体的主体尺寸和吨位，便于实现载体的高速运动、降低建设和使用费用。目标模式取决于天线样式，可用一个天线通过信号编码实现雷达散射分布特性的模拟，也可用天线阵列及角度伺服实现空间覆盖，模拟大型目标的雷达散射分布特性，并且便于通过变更软件实现对不同目标的散射特性模拟，从而减轻更换反射器的劳动强度和对工作条件的苛刻要求，有利于提高靶标保障效率。

2 多功能智能靶标工作原理及组成框图

2.1 组成与工作原理

利用数字射频存储和相干转发技术，构建目标回波模拟，完成导引头信号的接收、变频、处理，产生多路不同延时、不同多普勒频率和相位的目标回波信号输出。以单天线点目标多功能智能靶标为例，装备主要包括天线接收通道、DRFM、发射通道、本振模块、数传电台、信号控制单元、位置航向测量系统等组成。基本组成如图1。

图1 单天线多功能智能靶标组成框图

接收天线接收武器系统导引头的发射信号，由接收通道下变频到较低载频，便于进行信号处理，在信号控制单元在数传电台的指令控制下，经ADC采集后送入数字RAM中存储，由于接收通道下变频与发射通道上变频采用同一稳定本振，模拟回波与导引头发射信号能够保证波形相同、载波相参。信号控制单元对发射信号进行脉冲幅度检波，并根据地面指令设定相应散射面积参数（即采集信号的相应增益），控制数控衰减器，形成典型舰船的目标特性。受器件工艺影响，脉冲检波器、DAC和发射通道会存在一个固有传输延迟，因此在后延位置形成一个虚拟的目标特性。

2.2 工作过程

武器系统飞行过程中，多功能智能靶标根据试验时间节点，通过靶载遥控设备接收指令开机，信号控制单元须实时接收导引头发射的遥测信号，得到时刻位置信息，根据弹道参数和靶船航向姿态测量装置给出的三维姿态信息计算出控制参数，将控制参数和控制信号发送至伺服系统，保证接收天线和发射天线的波束能够覆盖导引头。

3 关键技术

3.1 数字射频存储技术

数字射频存储器（DRFM）是一种可储存任意射频信号，并在延迟可编程时间后精确输出的存储设备。数字储频不但具有瞬时带宽处理能力，而且存储频率精度高，不丢失相位信息信号，保真度好，可存储任意时间长度，连续复制与原雷达信号完全一致的假目标，并可分时复用。

为适应导引头频率捷变及子脉冲线性调频信号，需要数字射频存储器具有大的瞬时带宽和动态范围，并且对于多发射天线方案，为了利用一路发射通道和天线同时模拟多个散射点回波，所以在单天线的基础上又增加了对高速AD数据缓存的延迟叠加处理，此过程中所有处理（包括AD、DA、缓存、延迟读取、延迟叠加）的操作速率均为1GHz，所以对处理的实时性要求较方案一更高，需要利用大规模、高性能FPGA并行处理的方式才能实现，因此导致数字中频处理电路的规模大、数据吞吐率高、功耗高，给工程实现带来很大困难，是本系统的关键技术难题之一。

3.2 隔离度设计

导引头发射功率较低，装备接收远处的导引头信号较弱，装备必须具有较高的接收灵敏度，装备为保障以收发同时方式工作，要求收发天线之间具有良好的隔离度。装备在实际工作时，面临较为复杂的电磁环境，为避免影响接收机对信号的侦收，装备采用窄波速定向天线，采用吸波材料将接收天线和发射天线进行物理隔离，采用对消技术消除发射接收天线之间的信号干扰。此外，在设计天线方向图时，即要尽量避免天线间的隔离，既要使接收、发射天线分别位于发射、接收天线的主波束之外，而且，还要保证武器系统导引头发射信号在整个靶试过程中均位于接收天线的主瓣范围内。

3.3 逼真度评估方法

多功能智能靶标基于无线电体制，脱离了靶标实体的虚拟靶标，可以模拟点目标、体目标的回波信号。对于点目标形成相对简单，在体目标形成上，目标回波模型的建立是目标模拟的是否真实的前提，因此首先必须采用一固定频率的相位参考信号，预先对各个通道的增益进行标校，模拟时，根据目标散射特性和各个通道功率标校结果控制数控衰减器的衰减量，以达到对目标功率的模拟，实现不同量级模拟。为了保证模拟的相似程度，必须利用试验前的先验信息，建立较为真实的模型，对模型与典型目标进行逼真度评估，以使形成的虚拟靶标真实反映客观实际战场场景。

3.4 测量标校方法

由于采用了无线电体制形成靶标目标特性模拟，各器件之间存在工艺延时，形成的为虚拟靶标，相对于高速活动艇安装后，载体相对减小，对攻击的效果评估有一定影响，应该采用刚性连接的无线电脱靶量测量设备进行测量，在试验前，根据各个通道的精确延时（即后延距离），进行标校，得到两者的坐标转换关系，便于进行事后数据处理。

3.5 定向技术

由于接收和发射天线采用的是有一定波束宽度的定向天线，为了使所有天线波束中心都能够覆盖导引头所在空域，一方面需要合理安排天线的摆放位置，另一方面，需要适时调整靶船姿态。拟让所有天线沿靶船轴线直线分布，波束中心与靶船轴线垂直，并与靶船平面夹角与波束半宽度相当，侧推器只需调整靶船的方位，让导引头发射信号入射波方向与靶船轴线垂直，即可保证所有天线波束中心都能够覆盖导引头所在空域，需要应用PID技术，保障侧推器在有效时间内满足定向。