单兵战场雷达电磁环境监控系统设计

2018-11-05唐文辉汪枫谢超张琳

电子技术与软件工程 2018年18期

唐文辉汪枫谢超张琳

摘要：本文设计了一套可快速部署的单兵战场雷达电磁环境监控系统，可实时监控指定区域的电磁环境，及时反馈电磁环境演变情况，为雷达对抗、通信对抗作战指挥提供可靠的数据支撑。系统由便携频谱仪+天线子系统+监控终端组成，可监测200MHz～8000MHz频率范围内的无线信号，灵敏度满足雷达对抗作战要求。在选配天线、加装前置放大器后，系统还可以进一步拓展频率监测范围，提高监测灵敏度，适应不同的作战需求。

【关键词】电磁环境雷达监控单兵

快速、准确地监控战场电磁环境是夺取战场电磁权和战斗的主动权的前提条件。大型的电磁辐射监控装备的检测项目全、检测面积广、检测精度高，但也有部署慢、机动不便、目标大，容易被敌方摧毁的缺点。在作战过程中，派遣几名尖兵，携带单兵电磁环境监控系统，实时监控指定区域电磁环境，快速反馈电磁环境演变情况，可以为指挥部针对性下达作战指令提供有力的支撑，丰富我军的作战样式。本文从轻便便携、按需侦测、数据实时上传的需求出发，设计了一套可用的单兵战场雷达电磁环境监控系统。

1 需求分析

目前国内学术界主流认为，战场电磁环境本质上是自然界电磁背景加上战场中大量的信息化装备（如指挥控制、侦察预警、通信、导航、制导、敌我识别、电子干扰等）辐射的电磁能量综合。因而，现代战场电磁环境表现出动态性、随机性、复杂性。由于单兵系统的体积和重量限制，不可能做到对所有频段的监控，因此本文主要是针对常用防空预警雷达、机载预警雷达、反导预警雷达装备的工作频段进行侦测。检测需求如表1所示。

在这些频段类，同时也存在着大量的民用设备的电磁信号，如超短波电台的频率就在P波段，手机的2G、3G、4G业务占用了大量的频段资源，如表2所示。这些频段的信号具有分布广泛、信号强、数据流通频繁、平战差距大的特点。在设计电磁环境监控系统时，需要考虑对这些信号的甄别，避免影响对雷达信号的监控。

监控系统的侦测频段为200MHz～8000MHz，涵盖绝大多数现役雷达的工作频段。对监控频段内的电磁信号，需要对信号的频率、场强/功率和3dB带宽等射频指标进行自动化测量和记录，并通过无线方式将数据实时送回指挥中心。具体的能力需求如下：

（1）可采用扫描频段内无线电信号的特征值；

（2）自动记录和统计测量数据，主要包括信号的频谱带宽与频谱占用时间；

（3）自动识别民用通信信号；

（4）实时上报记录数据；

（5）监控系统能够进行自检测，可利用信号源进行校准。

2 硬件设计

单兵战场雷达电磁环境监控系统的主要功能是信号采集和数据传送，是战场电磁环境监控网络的终端，复杂的数据处理集中到指挥中心，这样监控系统不需要太复杂的计算能力，这样可以极大地简化监控系统的规模。硬件可由便携频谱仪+天线子系统+监控终端组成。采用复合宽带天线、喇叭天线等和便携频谱仪的组合可以满足灵敏度和频率间隔的要求，并且可以减低监控系统的维修、保障要求。系统的硬件组成如图1所示。

德国罗德施瓦茨的FSH8型手持式便携频谱分析仪可检测9KHz～8GHz的信号，最佳灵敏度可达到-161dB，满足系统需求。国产的安徽白鹭SA2070便携式频谱仪可检测9KHz～7.5GHz的信号，最佳灵敏度可达-160dB，也基本满足需求。两款频谱仪均具备LAN、USB接口，可实现远程控制和测量数据传送，方便进行二次开发。

监控终端采用STM32单片机为控制中枢，主要采集频谱仪的监测数据，压缩打包后并发往数据处理中心。为保证在战场环境中数据传送的可靠性，利用数据链系统进行数据传送。

3 软件设计

根据能力需求，可以整理得到系统的工作逻辑如图2所示。

从图2中看出，软件主要包括自检模块、频谱仪处理模块（含参数设置、数据采集）、天线状态采集模块、数据处理模块（含数据融合、数据打包、数据上传）。

软件在监控终端运行，采用嵌入式C语言进行设计。

3.1 自检模块

系統开机时，软件建立与频谱仪的连接，控制它在使用之前经过上电预热、自检与初始化这三个环节，并通过天线状态测试电路检测天线是否正确连接。

3.2 频谱仪处理模块

用户在控制终端选择校准模式或监控模式。软件按照不同模式的设置，将相应的中心频率与带宽列表、RBW、VBW、参考电平、衰减、检波方式、Mark类型等参数通过LAN口输入频谱仪。并通过LAN口读取频谱仪的测量数据。

3.3 天线状态采集模块

软件通过天线编号、北斗系统定位、电子罗盘方向数据等，得到天线的型号、地理坐标、水平方向角等数据。

3.4 数据处理模块