雷达探测能力快速测试方法

孙成 魏文宝 张国龙

（南京电子技术研究所 江苏省南京市 210013）

雷达探测能力的检查是对雷达各项指标的复测过程，本文所说的雷达探测能力仅指雷达最大探测距离这一指标。在现代空战中，先敌发现、先敌发射、先敌命中、先敌脱离，是现代空战致胜的“四先”原则[1]。因此在态势感知能力上占据优势是实现该目标的首要和关键因素。雷达是超视距态势感知的重要工具，它的探测能力的好坏是实现先敌发现的关键因素，在战斗机作战效能评估中，雷达最大探测距离评估占有重要的地位。传统方法对雷达最大探测距离的评估通常是通过对天线方增益、发射功率、接收机灵敏度等指标进行测量，最终计算得出雷达的探测能力估值。测试时间长、环境要求高、测试复杂，特别是在外场难以实现。本文利用外置天线对雷达的探测能力进行检测，可以快速的对雷达探测能力进行检测。

1 测试方法对比

分段测试法：通过测量天线增益、最小可检测功率、馈线耦合度、发射功率等参数，再根据雷达方程，算出雷达探测距离。优点：在雷达单元级测试时即可完成，不需要进行整机系统集成。缺点：整机系统集成后，再进行单元测试需要进行拆机，且对环境要求高，在外场难以操作。由于雷达探测受到阵地环境和自身各种损耗的影响，且通常这些影响难以准确计算，所以计算结果通常与雷达阵地实际探测结果相比，误差较大[2]。

注入式测试法：射频注入式雷达测试系统产生的电磁信号不经过天线辐射，而是通过射频电缆直接与被测雷达系统相连接，接收雷达的发射载频信号作为激励，测试系统对信号进行相关调制后，再注入雷达系统，用模拟产生雷达测试所需的电磁信号环境[3]。优点：操作相对简单，可对接收通道的整体性能进行检测。缺点：无法真实模拟天线、通道对信号的影响。无法对雷达辐射功率进行测试，尚需单独对发射功率进行检测。

外置天线测量法：上述两种测试方法除了上述的缺点外，在外场测试时，都需要对装备进行分解测试，无法做到外场快速测试。因此我们提出了外置天线测量法，利用外置的天线，接收雷达辐射能量，测试雷达辐射性能；向雷达辐射射频信号，测试雷达的接收性能；从而计算出雷达探测能力。在整机状态下进行检测，不需要对装备进行分解，检测简单便捷，易于外场操作。在微波暗室进行测试时可以得到较高的测量精度，在满足测量精度条件下，具备在外场空旷地带测量能力。

图1：雷达探测能力快速测试系统组成

图2：最小功率测试图

图3：辐射功率测试

2 测试系统组成

雷达探测能力快速测试系统采用外置天线测量法，主要由四个功能部分组成，雷达辐射功率测试模块、雷达最小可检测功率测试模块、距离测试模块、数据处理模块。采用收发共用天线，通过波导开关进行通道转换，见图1。

雷达辐射功率模块：通过测试标准天线接收雷达辐射功率，通过波导开关送至功率分析仪，进行功率测试，得到辐射功率。

最小可检测功率模块：通过对雷达的激励信号进行下变频，然后进行模数转换，在数字域对回波信号的距离延时、多普勒频率、距离展宽特性等进行控制，然后再通过数模转换转换为模拟信号输出。再将基带模拟信号进行上变频，使其频率恢复到雷达发射频率，功率控制对功率大小进行控制，通过波导开关送至测试天线进行辐射，不断的减小辐射功率，直至达到雷达的最小可检测功率。

表1：参数设置表

距离测试模块：通过测距仪，测出测试天线和雷达天线之间的距离。

数据处理模块：根据测试得到的辐射功率、最小可检测功率、测试距离参数，测试系统本身的损耗参数，计算出雷达对不同RCS目标的探测能力。

3 测试原理

本文利用外置天线的方法，对雷达最小可检测功率、雷达辐射功率进行测试，并根据雷达方程，计算出雷达探测能力也就是最大探测距离[4]。

根据雷达方程，雷达最大探测距离如式1所示。式中，Rmax为雷达最大探测距离。Pt为雷达发射功率，G 为雷达天线增益，λ 为雷达电波波长，σ 为目标有效散射面积，Simin为雷达最小可检测信号功率。

3.1 最小可检测信号功率测试

该参数与虚警概率、发现概率成函数关系。我们通常选择恒定虚警概率和发现概率。本文中选取50%的发现概率[5]。如图2所示，在雷达天线远场[6]，测试系统天线正对雷达天线，测试系统向雷达天线辐射目标模拟信号，不断的降低测试系统天线的辐射功率，直到达到雷达接收到的信号功率达到雷达接收最小可检测信号功率。判断标准为模拟目标出现闪烁，目标的发现概率达到50%。则雷达最小可检测信号功率如式2所示。

式中Simin为雷达最小可检测信号功率，Pmtmin雷达接收达到最小可检测信号功率时，测试系统输出功率。Gmt为测试系统天线增益，A 为雷达接收天线有效接收面积。Dmt为测试系统天线与雷达天线之间的距离。

3.2 雷达辐射功率测试

如图3所示，在雷达天线远场，测试系统天线正对雷达天线，雷达开机开辐射，测试系统对天线接收到的信号功率进行测试，则接收到的辐射功率见式3。

图4：测试天线输出功率测试

图5：辐射功率测试

式中，Ptc为测试系统天线收到的回波功率，Pt为雷达发射功率，G 为雷达天线增益，Atc为测试系统天线的有效接收面积，Dtc为测试系统天线与雷达天线之间的距离。

3.3 雷达探测能力测算

将公式2、3 带入公式1 可得。

由天线理论知道，测试系统的标准天线增益和有效面积有以下关系。

则公式4 可变为：

测试系统用同一个标准天线进行收发，在位置不变的情况下，

式中，Ptc为测试系统天线收到的回波功率，D 为测试系统天线到雷达天线的距离，σ 为目标有效散射面积，Pmtmin雷达接收达到最小可检测信号功率时测试系统天线的输出功率。Gl为测试系统天线增益，λ 为雷达电波波长。

4 测试方法

根据公式可知，我们通过测试天线到雷达天线的距离D，喇叭收到的回波功率Ptc，雷达接收达到最小可检测信号功率时发射标准天线的输出功率Pmtmin，最终经过计算得到雷达探测能力的评估，这些参数获取的误差决定了探测能力评估误差。标准天线增益Gl参数随着标准天线的选定为固定参数。

4.1 测试天线到雷达天线距离D测试

在外场为了便于测试，通常采用间接法进行测量，在雷达天线裸漏在外的情况下也可采用直接测量的方法。

间接测量：在外场雷达通常是装在载机上的，通常需要脱去雷达罩才可以直接测量。在雷达罩不脱的情况下可以采用间接测量法来测量天线距离。测量测试天线到雷达罩前端的距离，再加上雷达天线到天线罩前端的距离，即可得出测试天线到雷达天线距离。雷达天线到天线前端的距离为固定值。

为了便于比对，我们通常将测试天线到雷达天线距离设为常量，保持不变。

4.2 测试系统天线输出最小功率Pmtmin测试

如图4所示，测试系统产生一个目标模拟信号，经功率控制后，经波导开关和相关电缆送至测试天线。功率控制到测试天线之间的损耗为Lm，功率控制输出功率为Pm，则发射标准天线输出功率见下式。

4.3 雷达辐射功率测试

如图5所示，测试天线接收的回波信号通过测试天线进行接收。经过波导开关和电缆送至功率分析仪进行测量。测试天线到功率分析仪的损耗为Lt，功率分析仪测试到的回波能量为Pgl，则测试天线接收功率Ptc见下式

4.4 探测距离计算

将测试数据带入公式（7），即可算出探测距离。

5 测试结果验证

对某型机进行了测试，为了便于比对，载机保持水平，雷达和目标设置保持一致，详见表1。

将测试结果与载机实际飞行过程中的发现距离进行对比验证。为了减少目标起伏特性对雷达探测距离的影响[7]，目标机尽量采用相同的姿态和进入角。我们对迎头相对飞行模式下的发现距离进行统计，统计结果显示发现距离排序和测算的探测能力排序基本相符合。一些不符合项主要是因为雷达采用了不同的频率和目标截面积的起伏，对探测距离造成影响。

6 实际应用

雷达的探测能力受到硬件和软件两个方面的影响，本测试系统针对发射链路、接收链路进行测试，主要针对硬件性能进行测试。

在外场使用中主要是进行同型机的比较，找出客户拥有的同类设备探测能力强弱关系。客户根据测试结果，配合定检的其它测试结果，对产品相关器件进行更换调整，根据任务要求搭配出最合适的装备，以保障 任务完成。因此，为便于进行类比时，雷达工作模式、工作频率、模拟目标距离、速度设置基本保持一致。测试天线距离雷达天线的距离基本保持一致。

最小可检测功率类比较大：最小可检测功率变小，探测能力变强。影响最小检测功率的有天线增益、接收通道耦合度、接收机灵敏度、频谱纯度、处理内部噪声等。可结合定检情况进行相关器件更换。

辐射功率类比较小：辐射功率变大，探测能力也变强，影响辐射功率的有发射输出功率、激励信号、输出通道耦合度、天线增益等。可结合定检情况进行相关器件更换。

7 总结

本文结合外场装备使用情况，针对客户缺乏对雷达探测能力进行快速检测和评估的手段问题，利用外置天线测试，给出了一种外场快速测量雷达探测能力的方法。从使用情况看，本测试方法可以有效地对雷达探测能力进行评估。弥补了以往设备定检的不足，可以有效的辅助客户，根据任务需求，更合理的进行装备性能评估，校核系统灵敏度，改善雷达的目标发现能力，提升在复杂电磁环境下空战的获胜概率。