某炮位侦校雷达射频仿真的实现

肖开健 卢 冀 游 俊

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

随着我国国防科学技术的发展，各种雷达电子战设备的不断涌现，使得现代战场上本来就十分密集的电磁信号环境变得更加复杂，因此传统的外场试验方法由于很难形成较为逼真的实战信号环境，而且试验周期长、试验费用高、保密性差、易受气候与环境等因素的影响，己不能满足现代雷达设备研制阶段的需求。为了缩短雷达的研制周期，降低设计风险，迫切需要在设备全生命周期的各个阶段提供现代化的仿真与测试手段，以用于评估系统性能、优化系统设计，因此研制相应的射频仿真设备成为雷达、特别是炮位侦察校射雷达研制阶段的一个重要组成部分，并逐渐成为促进雷达技术发展的必要手段。

1 系统组成

本系统由一维天线阵、中频目标模拟器、射频综合分系统、控制与显示分系统、光端机等组成。中频目标模拟器、射频综合分系统、控制与显示分系统、光端机等安装在方舱内，天线阵列自上由下共计安装89个辐射喇叭，用来仿真目标在俯仰维的变化；中频目标模拟器主要用来建立弹丸目标运动模型，产生运动目标中频回波信号，根据当前模型目标高度计算喇叭阵列输出信号喇叭号，实时同步控制微波开关由下向上或由上向下快速切换；射频综合分系统主要完成接收微波信号下变频、发射中频信号上变频工作；控制与显示分系统主要完成参数设置、相应的战情规划和仿真数据显示等工作；光端机用来接收雷达送过来的同步脉冲信号、控制命令参数以及发射激励信号等。射频仿真系统组成示意图见图1所示。

2 工作原理

该系统首先接收雷达通过光(纤)缆传送过来的发射触发、波束驻留(CPI)、参考信号(10MHz或100MHz)以及雷达工作状态(搜索、确认、跟踪、波束指向、工作频率等)参数控制信号(数字)和射频激励信号。同步脉冲和控制参数送给中频目标模拟器；射频激励信号送给射频综合分系统下变换后送给中频目标模拟器。仿真系统与雷达的接口示意图见图2所示。

图1 射频仿真系统组成示意图

图2 仿真系统与雷达接口示意图

如图3所示，中频目标模拟器根据控制终端下发的战情参数(目标类型、起始速度、运动方向等)和接收的雷达的参数建立目标运动模型，并仿真弹丸目标在空中飞行。根据目标的当前空间位置与雷达扫描波束进行交汇，如扫描波束与目标有交汇，实时计算目标回波距离、幅度、多普勒及输出喇叭号等信息。

中频目标模拟器根据前面计算的距离、幅度、多普勒信息和激励信号产生相应的中频回波信号，再经过射频综合分系统上变频为射频信号通过辐射喇叭辐射出去。

图3 仿真系统工作原理框图

3 波束交汇技术[1]

为了更真实地仿真弹丸目标的特征和雷达波束与目标交汇的程度带来的幅度起伏，该射频仿真系统采用实时目标交汇技术。主要将接收的雷达波束指向与模拟目标当前位置(x,y,z)实时进行交汇比较。当某个雷达波束与目标位置有交汇，立刻计算目标回波信号的幅度、距离、速度等特征信息。由后面设备生成相应距离、幅度、速度的中频目标回波信号。波束交汇示意图见图4所示。

图4 波束交汇示意图

如图4所示，①为目标中心位置；②为雷达扫描波束中心位置；③为目标与波束交汇公共区域。

当雷达扫描波束与目标有交汇以后，可以根据公式(1)计算目标的幅度

(1)

其中，(SinA,SinE)为目标方位和高低角的正弦；

(SinAt,SinEt)为雷达波束方位和高低角的正弦；

(SinθA0.5,SinθE0.5)为半功率波束方位和高低角的正弦；

N为目标幅度量化值。

4 喇叭幅度控制

由波束交汇计算的目标幅度是雷达波束与目标交汇的程度带来的幅度起伏，不是最终仿真系统喇叭输出的信号功率。最终的仿真系统喇叭输出信号功率由雷达发射功率、天线增益、仿真目标与雷达之间的距离引起的功率衰减以及目标交汇带来的功率起伏等因素决定。信号功率计算关系图见图5所示。

图5 信号功率计算示意图

如图5所示，其中：

Pt为雷达发射功率(dBm)；

G为雷达天线主波束增益(dB)；

G1为发射信号经过目标反射的增益(dB)；

σ为目标反射面积(m2)；

L1为雷达阵面到弹丸目标之间的空间损耗(dB)；

L2为雷达阵面到仿真系统喇叭输出口面的空间损耗(dB)；

D1为雷达阵面到弹丸目标之间的距离；

D2为雷达阵面到仿真系统喇叭输出口面的距离

L1= 32.4+20log(D1)+20log(F)

(2)

L2= 32.4+20log(D2)+20log(F)

(3)

G1=-39+10log(σ)+20log(F)

(4)

由此可见，信号到达塔喇叭的口面功率为

P=Pt+G1-2×L1+L2

(5)

(此功率为目标输出最大输出功率，未包含波束交汇损失)

5 试验情况

该系统多次与某炮位侦察校射雷达进行联试，雷达在炮位侦察模式下，在仿真系统控制终端设置目标个数为1或4，目标速度为300 m/s,目标运动方向为由远至近，射角为45°，雷达能对单个目标、多个目标能够进行有效的跟踪。同样，雷达在炮位校射模式下，在仿真系统控制终端设置目标个数为1或4，目标速度为300 m/s,目标运动方向为由近至远，雷达对单个目标、多个目标能够进行有效的跟踪。单个目标跟踪显示图见图6所示，多个目标跟踪显示图见图7所示。

图6 单目标跟踪

图7 多目标跟踪

6 结束语

在雷达的研制、调试和操作使用过程中射频仿真技术已经得到了越来越广泛的应用，它可以缩短雷达的研制周期,减少雷达的研制和雷达操作手的培训费用等。该射频仿真系统采用由中频目标模拟器、频率综合器、俯仰一维喇叭阵列和实时波束交汇技术，能有效地仿真弹丸目标上升和下降的运动过程。通过试验验证，可以作为炮位侦察雷达研制、调试的一种较好的手段。