等幅连续波辐照下调频引信小信号干扰机理研究

简　勋，张希军，张守龙，杨　洁

(军械工程学院 静电与电磁防护研究所，河北 石家庄 050003)

等幅连续波辐照下调频引信小信号干扰机理研究

简勋，张希军，张守龙，杨洁

(军械工程学院 静电与电磁防护研究所，河北 石家庄 050003)

摘要为研究等幅连续波小信号对无线电引信干扰机理，开展了无线电引信等幅连续波辐照效应试验。试验结果表明，在等幅连续波辐照下，低频等幅干扰信号与目标多普勒信号并存时，可能导致特定包络特性的目标多普勒信号被淹没，干扰引信的定距判断，从而失去近炸功能。从信号理论的角度进一步分析了小信号的对引信的干扰作用机理。

关键词无线电引信；等幅连续波；辐照；小信号；

Research on Interference Mechanism of Small Signal on FM Radio Fuze under Radiation of Continuous Wave

JIAN Xun,ZHANG Xi-jun,ZHANG Shou-long,YANG Jie

(InstituteofElectrostaticandElectromagneticProtection,OrdnanceEngineeringCollege,ShijiazhuangHebei05003,China)

AbstractThe paper analyzes the interference mechanism of small signal on FM radio fuze.Through the test,it is discovered that when low frequency continuous interference signal coexists with target Doppler signal,under the radiation of continuous wave,the low frequency continuous wave interference signal will cover the target Doppler signal,which will make the fuze ineffective.The paper further analyzes the interference mechanism of small signal on the fuze based on signal theory,and proves it by simulation test results.

Key wordsradio fuze;continuous wave;radiation;small signal

0引言

无线电引信是信息化弹药的核心部件，直接决定了武器装备高效毁伤效能的发挥[1]。在复杂电磁环境中，引信会出现电子部件硬损伤、早炸和丧失起爆功能3类事故[2]。以军械工程学院为代表的国内研究机构多年来对多型号无线电引信在各种强电磁场辐照环境中的效应进行了大量的研究[3-9]，并分析了其作用机理，其中等幅连续波辐照试验结果[9]表明，等幅连续波不会使调频引信发生早炸和硬损伤，但连续波能量通过天线耦合进入引信高频电路部分，可能会对引信造成干扰，使引信失去近炸功能。

一般规定，当干扰能量在引信天线上耦合的能量与回波信号相当时，定义为对引信的小信号干扰，当干扰能量远大于回波信号时称作大信号干扰[10]。本文以调频无线电引信为研究对象，开展等幅连续波辐照效应试验，揭示小信号对调频无线电引信的干扰效应规律，确定小信号对调频无线电引信的干扰机理，为调频引信抗干扰设计提供技术指导。

1引信等幅连续波辐照试验

搭建无线电引信连续波辐照试验平台[11]，对工作状态下的调频引信进行等幅连续波辐照试验，辐照频段设置为1~7 GHz，最大辐照场场强控制在100 V/m以下，保证引信处于被小信号干扰的状态。为尽量保证引信在各个频点都经受辐照，试验采用扫频法进行辐照试验。

在以往的辐照试验中，对引信连续波能量耦合通道有以下结论[11]：进行窄带信号辐照试验时，该引信的能量耦合通道为引信天线；弹体轴线与场传播方向平行，并且引信平面垂直于场极化平面时，通过引信天线耦合进入引信的电磁能量最大。因此在等幅连续波试验中将采用该姿态进行试验。试验步骤如下：

① 将受试引信与自制弹体连接，利用直流稳压电源对引信供电，使引信处于工作状态，调整好引信姿态，将弹体放置连续波辐射场中；设置起始频段为1~1.2 GHz，频点驻留时间1 s、扫频步长1 MHz，采用由低到高的步进法调整辐照场强至最高场强100 V/m；

② 检测引信试验前后性能参数，观察引信是否正常工作，确定引信工作正常后，通过示波器以及频谱仪，观察受试引信2路谐波通道检测信号线及发射信号频谱的变化；

③ 依次改变辐照频段，每次增加200 MHz，直到7 GHz，重复步骤①和步骤②。

2试验结果

通过试验，发现在较小场强辐照下时，引信工作频率以及倍频频点附近的谐波通道检测到幅值不同的低频等幅干扰信号；在此频率周围微调频率时，谐波通道检测到的等幅干扰信号频率发生改变；当频率超过一定范围，干扰信号消失，继续增大或减小频率等幅信号再次出现，并且不同频段得到的干扰信号幅值不同。在辐照情况下对受试调频引信进行弹目交会测试，发现检测到的低频等幅干扰信号可能会出现将目标反射的多普勒信号覆盖的情况，导致引信无法探测到目标，失去近炸功能。

3机理分析

为了分析谐波通道检测到的低频信号来源及其对引信的干扰机理，首先从信号理论上对其进行分析。引信发射信号中由调制信号产生的瞬时相位可用式(1)表示：

(1)

调频引信工作时发射的信号为：ue(t)=cos[θ0(t)+2πfct]，等幅连续波辐照小信号为:ui(t)=cos[2π(fc+Δf)t]，混频仅考虑下边带项，则混频输出结果可表示为：um(t)=cos[θ0(t)-2πΔft]=cos[θm(t)]，其中Δf表示等幅辐照频率与引信工作频率的偏差。

以下2种情况进行讨论：

① 当Δf=kf0，k=1,2,3,…时。

由于Δf为调制频率f0的倍数，故混频输出相位是以1/f0为周期的函数，利用傅里叶级数可将混频输出表示为以调制频率f0为基础频率的级数形式，即式(2)、式(3)和式(4)。且其谐波项输出幅值系数固定值，经过带通滤波，且与调制频率的2、4次谐波进行2次混频可以得到一恒定直流，即混频输出后2、4次傅里叶级数系数。

(2)

(3)

(4)

② 当Δf=Δf1+mf0，m=0,1,2,3…时。

混频结果可用式(5)表示，其中cos[θ0(t)-2πmf0t]和sin[θ0(t)-2πmf0t]都是以1/f0为周期的函数，可以将它们都可以用傅里叶级数展为以f0为基频的级数形式。cos[θ0(t)-2πmf0t]为偶函数，其级数正弦项为零；sin[θ0(t)-2πmf0t]为奇函数，其余弦项为零。将ΔF=100f0带入式(7)、式(8)，并化简式(6)，得到式(9)。

(5)

un(t)=an·cos(2πΔf1t)·cos(2πnf0t)+

bn·sin(2πΔf1t)·sin(2πnf0t)，

(6)

(7)

(8)

(9)

1次混频后需要在2f0、4f0为中心频率进行带通滤波处理，设带通滤波通带带宽为2fBP，当Δf1>fBP时，滤波处理后，带通内不含任何基带信号，故而2次混频滤波后输出值为0；当Δf1≤fBP时，此时滤波后在调制频率的2次和4次倍频处出现±Δf1两个边带，2个边带的频率分量可以从式(9)计算得出。

一次混频后信号经过带通滤波器，再与相应调制信号相应阶次倍频进行混频，混频仅考虑下边带，混频结果如式(10)，其中参数由式(11)、式(12)表示。

uD(m,n,t)=0.5(A1+A2)·cos(2πΔf1t)，

(10)

(11)

(12)

混频输出结果通过上限频率为fLP的低通滤波器。当Δf1>fLP时，2次和4次谐波通道输出皆为0；当Δf1≤fLP时，2次和4次谐波通道输出幅值恒定的频率为Δf1信号，其幅值由式(10)计算得到。图1(a)和图1(b)为分别为由式(10)通过Matlab软件计算得到的2次和4次谐波通道得到的等幅干扰信号幅值随着频偏m的变化规律。由图1可以看出，当调制频偏超出调制带宽时，2次和4次谐波通道不再有等幅干扰信号的输出。

实际上引信2倍频和4倍频带通滤波器为非理想的，调制频率的1次和3次倍频附近的边带，即f0+Δf1和3f0-Δf1会衰减通过2次谐波带通滤波器，调制频率的3次和5次倍频附近的边带，即3f0+Δf1和5f0-Δf1会衰减通过4次谐波带通滤波器。

图1　不同频偏m谐波通道耦合干扰幅值

从调频多普勒引信的工作原理[12]可知，只有当接收到的目标多普勒信号的2次和4次谐波通道输出信号具有一定的特性的增幅速率，才能判决触发启动信号，进而控制弹药起爆。而在图1所示的2种状态中，2次和4次谐波通道输出为低频等幅信号，这样的信号不具备增幅速率特性，不能导致引信起爆。

如果该低频等幅信号与目标回波信号同时被引信接收时，一旦等幅干扰信号强度与回波信号强度相近时，目标多普勒信号的包络特性会被低频信号破坏，甚至被淹没，影响后续引信目标探测及目标定距电路的工作，导致引信无法进行目标识别，进而无法定距起爆弹药，使引信近炸功能失效。

4仿真验证

为了进一步验证所推导的调频引信工作频点以及倍频附近的谐波通道检测到低频干扰信号的来源，采用 ADS搭建调频引信仿真模型，进行信号级定性分析。利用调频模块产生调频信号，并与本地调频信号进行混频，图2给出了当等幅干扰调制频偏为3.01 MHz、及3.09 MHz时引信2次及4次谐波通道1次混频带通滤波后输出频谱及2次混频后低通滤波频域输出。

图2　频偏3.01 MHz带通及低通滤波输出频谱

从图2(a)可以看出，当频偏3.01 MHz时，在调制频率2次和4次倍频附近存在2个对称的边带，其幅值不同，由系统低通滤波上限频率fl,p设置为30 kHz，低通滤波输出端得到10 kHz的等幅输出,如图2(b)所示。

当频偏为3.09 MHz时，其1次谐波上边带及3次谐波下边带频谱包含在引信的2次谐波通道的带通范围内，其3次谐波上边带及5次谐波下边带频谱包含在引信的4次谐波通道的带通范围内，2个谐波通道在调制倍频存在4个对称边带，每个边带的幅值不同，如图3(a)所示。此时，由于边带偏移大于低通滤波上限频率fl,p，被剧烈衰减，得到图3(b)中幅值较小的60 kHz和90 kHz附近的毛刺。

图3　频偏3.09 MHz带通及低通滤波输出频谱

5结束语

通过对工作状态下的调频引信进行辐照试验，结果表明，在等幅连续波小信号的作用下，调频引信工作频点以及倍频附近的谐波通道检测到低频干扰信号，此信号与目标多普勒信号并存时，可能导致特定包络特性的目标多普勒信号失去包络特性，甚至被淹没，使得引信信号处理电路无法进行定距判断，从而失去近炸功能。

为了进一步研究下小场强下等幅连续对引信的干扰机理，从信号理论的角度进行了对谐波通道中的低频干扰信号的来源进行推导，并通过ADS软件进行仿真验证推导结果。结果表明，在等幅连续波小信号作用下，小信号与调频引信工作时发射的调频多普勒信号混频产生的信号，其2次和4次谐波通道输出不具有任何增幅速率特性，这就是调频引信工作频点以及倍频附近的谐波通道检测到的低频干扰信号的来源。

在下一步的工作中，应当进一步定量分析调频引信工作频点以及倍频附近的谐波通道出现的低频等幅信号的产生规律及相应的频率特性，并对调频引信信号处理流程进行优化，为进一步提高调频引信抗干扰能力以及新型引信的设计开发提供足够理论支持。

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简勋男，(1990—)，硕士研究生。主要研究方向：静电与电磁安全。

张希军女，(1964—)，副教授，硕士生导师。主要研究方向：电磁兼容与电磁防护。

作者简介

基金项目：国家部委基金资助项目。

收稿日期：2015-05-21

中图分类号TJ434.1

文献标识码A

文章编号1003-3106(2015)08-0051-03

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2015.08.14

引用格式：简勋，张希军，张守龙，等.等幅连续波辐照下调频引信小信号干扰机理研究[J].无线电工程,2015,45(8):51-53，79.