某型雷达侦察设备动态范围测试方法优化探讨*

俞育新 王 平 马朝阳 陈豪东

(1.舟山监修室 舟山 316000)(2.中国西南电子设备研究所 成都 610036)



某型雷达侦察设备动态范围测试方法优化探讨*

俞育新1王 平2马朝阳1陈豪东1

(1.舟山监修室 舟山 316000)(2.中国西南电子设备研究所 成都 610036)

论文基于某型雷达侦察设备的系统灵敏度和动态范围的基本测试方法,提出了一种优化测试方案,进一步考虑了实际信号辐射到达测频前端和测向前端的功率情况,通过使用均衡器匹配方法,弥补了测频和测向前端的通道增益差异,较好地解决了该通道匹配问题。通过优化方案的模拟测试与指标转化结果,可以验证该优化方案更能等效代替大功率辐射源辐射法测试,为以后的整机系统调试、测试以及产品检验提供优化思路。

系统灵敏度; 动态范围; 均衡器; 功分器

Class Number TN955

1 引言

在雷达侦察设备中,工作灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。能接收的信号越微弱,则接收机的灵敏度越高,因而雷达侦察设备的作用距离就越远,通常用最小可检测信号功率来表示[1]。动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围。当输入信号功率过大时,接收机前端将发生饱和而出现寄生信号,或者发生过载现象,或者输出超出接收机正常工作需要的信噪比,通常用这种强信号输入功率和弱信号输入功率之比来表示[2～3]。

在工程实际中,对动态范围的测试工作有两种不同的认识,一种是首先测定雷达侦察设备的工作灵敏度,确定设备最小可检测信号的功率,在这个功率电平基础上加上动态范围指标值,观察设备工作情况,作为判断依据;另外一种是按照设备的工作灵敏度指示要求,在工作灵敏度指标的基础上加上动态范围指标值,观察设备工作情况,作为判断依据[4]。本文认为后者更具有合理性,它确定了满足设备正常工作的绝对功率范围。

2 问题提出

假设某型雷达侦察设备的系统工作灵敏度指标为优于-50dBmi,动态范围指标是50dB,为了测试这两个系统指标,在微波暗室建立测试环境,如图1所示。由于该设备的系统工作灵敏度指标要求为优于-50dBmi,动态范围指标要求为50dB,因此,产品规范(技术条件)对设备的动态范围绝对指标为优于0dBmi,即到达设备接收天线口面的功率至少为0dBmi。根据系统工作灵敏度的计算公式反向推算,如表1所示,采用辐射测试方法测试侦察设备的动态范围时,对辐射源的功率要求最大为851.1W。

为了在辐射源处获得300W～900W量级的功率,而且具有宽带特性,需要采用高压电源+行波管提供足够大的功率[5]。在设备组成上,行波管至天线的射频链路需要采用波导,以增大功率传输容量[6]。还需要冷却系统给行波管和高压电源散热,保障其能正常工作[5]。由于获得851.1W的大功率辐射源,对其测试设备硬件要求很高,成本很大,难以实现。因此,在工程中通常使用输出功率小1W的信号源进行模拟测试。

表1 动态范围辐射测试时对辐射源的功率需求

图1 系统工作灵敏度辐射测试框图

3 现状调查

以某型设备的产品规范中规定的检测方法为例,阐述了其动态范围测试框图和计算公式,如图2、式(1)所示,该测试方法存在一定的局限性,需要进一步考虑实际辐射情况到达高频箱(测频前端)和测向接收前端的功率大小,以及测频和测向前端的通道匹配问题,因此,可以对原有的测试方案进行优化探索,进一步达到真实模拟辐射测试的环境。

某型雷达侦察设备动态范围D:

D=Ps2-Ps1

(1)

式中:D为接收机动态范围,单位为dB;Ps1为对应灵敏度时的信号源输出电平,单位为dBm;Ps2为对应频率接收机正常时信号源最大输出电平,单位为dBm。实际测试时,信号源功率设置为(Ps1+D)dBm,设备正常侦收则判为合格。

图2 某型雷达侦察设备动态范围测试框图

4 问题分析

1) 模拟测试原则

众所周知,采用信号辐射法测试动态范围的方法是绝对正确的,但是在实际操作时,却是最不可行的,对测试设备要求高,成本大,难以实现[7]。因此,需要采用模拟测试的方法来等效替代辐射测试。在建立模拟测试模型时,必须保证模拟测试方法具有等效替换性,进而可以减小设备在实际应用中的测试误差。

2) 模拟测试模型

对于前文的某型雷达侦察设备,采用信号源注入方法测试动态范围,只有绕过测频、测向接收天线,分别将信号从测向前端接收组件和测频前端接收组件注入。为了保证注入信号的到达同时性和模拟辐射接收时的情况,信号源输出接一个3dB功分器,如图3所示。此外,还需要考虑到以下两个因素:

(1)测向天线与测频天线的增益不同,其中测向天线(定向喇叭天线)的增益为正值,而测频天线的增益为负值(全向双锥天线);

(2)射频传输链路上的插损不同,即图中线路1和线路2的长度和插损不同。

因此,需要在功分器输出增加均衡器来模拟这两种因素的差异性,以达到辐射测试方法下的等同效果,如图3所示。用虚线框内功分器、均衡器和电缆B、C等效替代侦察设备的测频天线和测向天线以及它们与前端的连接电缆。

3) 均衡器幅频特性固化

由前文分析,在侦察设备系统工作灵敏度测试时,当信号源的输出功率为10dBm时,经计算可以得出到达设备接收天线口面的功率,如表3所示[8]。此时,信号分两个通道进入前端接收组件,一个通道通过测频天线以及电缆1(测频前端通道)进入测频前端接收组件,另一个通道通过测向天线以及电缆2(测向前端通道)进入测向前端接收组件。因此,需要测出两个通道的增益差异数据。

图3 动态范围注入测试框图

频率(MHz)天线口面的功率(dBmi)测向前端接收组件输入功率(dBm)测频前端接收组件输入功率(dBm)测向前端通道增益Gd(dB)测频前端通道增益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

根据实测的数据,给出均衡器的衰减曲线,如图4所示。

图4 均衡器的衰减曲线

4) 测试指标转化

在动态范围测试时,要求到达设备接收天线的功率为-50dBmi+50dB,即0dBmi。于是可以按照公式(Pi=Di+Gd+Lg)计算信号源的输出功率。按照信号源输出功率要求进行测试,该雷达侦察干扰设备能够正常工作,说明该设备将满足其动态范围的指标要求,其指标转化如图5所示。由实际模型测试结果,可以准确分析出动态范围测试时信号源输出功率,如表4所示。

图5 指标转化示意图

频率(MHz)系统动态范围Di(dBmi)测向前端通道增益Gd(dB)功分器和电缆A、C插损Lg(dB)信号源输出功率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 结语

本文对在微波暗室里模拟测试侦察设备动态范围提供了优化思路,并以某型雷达侦察设备为实例进行分析,测试了测向和测频前端通道的增益差异数据。通过使用均衡器匹配,弥补了通道差异,构建了模拟测试的基本模型,使之能等效替代辐射法测试。这一模型,为整机调试、测试以及整机产品检验提供了方法依据。

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[2] 林象平.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006:23-24.

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[6] 王新稳.微波技术与天线[M].北京:电子工业出版社,2003:40-60.

[7] David Adamy.电子战基础[M].王燕,朱松,译.北京:电子工业出版社,2009:8-11.

[8] 杨超.雷达对抗基础[M].成都:电子科技大学出版社,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,高级工程师,研究方向:舰载武器系统。王平,男,工程师,研究方向:雷达对抗和生产测试制造技术。马朝阳,男,工程师,研究方向:电子装备维修保障。陈豪东,男,工程师,研究方向:电子装备维修保障。

TN955

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.020