陳杰（中國西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

機載射頻系統(tǒng)地面試驗外場建設(shè)的新思路?

陳杰
（中國西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

介紹了國外機載射頻系統(tǒng)的組成，分析了機載射頻系統(tǒng)的戰(zhàn)技指標，探討了國外試驗外場的設(shè)計和設(shè)備配備。借鑒國外經(jīng)驗，總結(jié)了機載射頻系統(tǒng)測試內(nèi)容，提出針對機載射頻系統(tǒng)地面測試外場建設(shè)的新思路，為工程實施奠定基礎(chǔ)。

第四代戰(zhàn)斗機；機載射頻系統(tǒng)；外場試驗；地面場地建設(shè)

1 引言

第四代戰(zhàn)斗機的基本要求是低可探測性隱身性能、超音速巡航、超視距攻擊。目前服役的只有F-22（F-35即將服役，T-50進行試飛）能達到下一代戰(zhàn)斗機的水平。

機載射頻傳感器是四代機最重要設(shè)計部分，其配備功能線程較多，功能復(fù)雜，涉及頻段廣，功率起伏大。國外第四代戰(zhàn)斗機設(shè)計基本思路是綜合化，做到共用、復(fù)用等。而以上設(shè)計思路在上一代戰(zhàn)斗機中并未涉及，這種跨越式必將是個反復(fù)設(shè)計、反復(fù)實踐、反復(fù)迭代的過程。而作為研發(fā)流程中的地面外場試驗也至關(guān)重要，建立一個完善、智能、綜合化的地面機載綜合射頻傳感器系統(tǒng)測試外場是需要重點考慮的。

本文通過對國外第四代戰(zhàn)斗機綜合射頻系統(tǒng)設(shè)計分析，結(jié)合其地面外場試驗項目及其外場建設(shè)大概內(nèi)容，提出對下一代戰(zhàn)斗機綜合射頻系統(tǒng)試驗外場建設(shè)的思路。

2 國外機載射頻傳感器介紹

2.1 國外機載射頻傳感器系統(tǒng)設(shè)計介紹

國外戰(zhàn)斗機主要射頻傳感器［1］有機載火控雷達（RD）、告警接收機（RWR）、無源探測（ESM）、有源干擾（ECM）、敵我識別（IFF）、UV通信、JTIDS、塔康、儀表著陸、微波著陸、高度表、衛(wèi)星通信、飛行數(shù)據(jù)鏈（IFDL）-F22、多孔徑數(shù)據(jù)鏈（MADL）-F35等。

2.1.1 F-22的射頻系統(tǒng)設(shè)計

F-22是國際上第一種引入機載電子系統(tǒng)綜合化設(shè)計理念的機型，并且實現(xiàn)了真正的綜合化。這種高度的綜合化體現(xiàn)在資源綜合利用、數(shù)據(jù)綜合處理、人機綜合顯控上：所有傳感器、系統(tǒng)和任務(wù)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的單一的人機接口；同步分配共享的情況、任務(wù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)；采用標準的“開放式”結(jié)構(gòu)及接口的通用、模塊化處理模塊。

F-22首次使用了CIP（通用綜合處理器）進行所有傳感器輸入、輸出數(shù)據(jù)的處理和分發(fā)，是F-22

真正的“大腦”。CIP是包含信息處理與數(shù)據(jù)處理單元的插入式模塊架，配有7種標準處理模塊，負責所有機載傳感器和任務(wù)設(shè)備的信號和數(shù)據(jù)處理。

F-22另外一個射頻綜合設(shè)計是ALR-94電子戰(zhàn)系統(tǒng)和APG-77雷達進行一體化設(shè)計，利用ALR

-94探測到敵方雷達信息，通過APG-77有源陣面進行大功率、多波束的干擾，達到壓制對方的目的。而APG-77雷達有源相控陣可作為雷達發(fā)射、接收天線，也可作為電子戰(zhàn)無源探測和干擾天線，還可作為通信收發(fā)天線。這種跨功能設(shè)計是F-22射頻綜合化的一大特點，也是洛克希德·馬丁公司（簡稱洛馬公司）總體設(shè)計的技術(shù)結(jié)晶。

2.1.2 F-35的射頻系統(tǒng)設(shè)計

F-22是四代機的典型代表，但是作為戰(zhàn)斗機眼睛和耳朵的射頻傳感器系統(tǒng)沒有做到真正的綜合化設(shè)計，F(xiàn)-35的設(shè)計是在F-22的基礎(chǔ)上進行了更多的改進和綜合，使F-35在射頻綜合設(shè)計上更加趨于完善。

F-35射頻傳感器進行了高度綜合設(shè)計［2］，多功能綜合射頻系統(tǒng)（MIRFS）是F-22航空電子技術(shù)趨于成熟的一個重要組成部分，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）孔徑綜合共用

雷達、電子戰(zhàn)共有雷達有源相控陣孔徑，電子戰(zhàn)某些頻段與通信、導(dǎo)航、識別（CNI）共用孔徑，CNI利用雷達陣面進行通信。

（2）處理系統(tǒng)綜合共用

各個射頻傳感器共用功能強大的綜合核心處理機（ICP）進行信息、數(shù)據(jù)處理，ICP經(jīng)過多源處理、融合后將最后結(jié)果傳輸給飛行員，減少了飛行員的分析處理壓力［3］。

（3）射頻信道綜合共用

射頻開關(guān)、中頻開關(guān)和寬帶超外差前端等均可同時或分時利用，通過ICP軟件進行分配和重構(gòu)使用。

（4）模塊通用化

ICP、射頻信道大量模塊實現(xiàn)通用，互為備份，將模塊種類大大壓縮，提高系統(tǒng)可靠性和可維修性。

總之，F(xiàn)-35是目前國際上第四代戰(zhàn)斗機中最先進的設(shè)計。由于是聯(lián)合設(shè)計，所以F-35匯聚了美國等發(fā)達國家航空電子設(shè)計的精華，滿足了21世紀戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)需求，值得我國四代機航電綜合化設(shè)計借鑒。

2.2 國外機載射頻傳感器系統(tǒng)外場試驗分析

資料顯示，F(xiàn)-22、F-35等國外先進四代機射頻綜合系統(tǒng)進行試飛前，經(jīng)歷了桌面聯(lián)式、暗室測試和地面外場無線輻射試驗。地面外場無線輻射試驗是極其重要的一環(huán)，在達到地面試驗預(yù)期后方進行空中試飛。為此，F(xiàn)-35總承包方洛克希德·馬丁公司在地面建設(shè)了復(fù)雜的試驗外場，主要包含中心測試塔（含戰(zhàn)機等比模型）、復(fù)雜電磁環(huán)境、靜態(tài)／動態(tài)威脅多目標系統(tǒng)、協(xié)作目標系統(tǒng)、測試系統(tǒng)和評估系統(tǒng)等。

通過查閱資料，美國F-22、F-35射頻綜合主要涉及傳感器有雷達、電子戰(zhàn)設(shè)備、CNI設(shè)備等，所以其外場具備的模擬器有以下幾種：

（1）雷達信號模擬，模擬器交戰(zhàn)飛機的雷達發(fā)送信號和地面威脅雷達信號等；

（2）復(fù)雜電磁環(huán)境模擬，模擬高密度的復(fù)雜電磁環(huán)境，包含普通雷達信號、通信信號、雜波信號等［4］；

（3）雷達目標回波模擬，模擬機載火控雷達目標，已經(jīng)欺騙誘餌目標等，可對RCS、多普勒、距離進行調(diào)制；

（4）無源雷達模擬，模擬威脅方無源探測設(shè)備，監(jiān)控本機射頻系統(tǒng)輻射信號；

（5）協(xié)作目標模擬，模擬數(shù)據(jù)鏈、電臺、導(dǎo)航等協(xié)作目標的信號反饋模擬。

測試手段有：

（1）地面固定點測試；

（2）地面動目標測試，利用電掃信號模擬動態(tài)目標；

（3）空中動目標測試，利用無人機、氣球等進行控制目標模擬；

（4）分析評估手段，洛克希德·馬丁公司和美國軍方均有先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時統(tǒng)計分析評估系統(tǒng)，滿足測試輸出錄取處理的需要。

通過以上測試系統(tǒng)的組成我們可以分析：F-35在地面將模擬逼真的空中復(fù)雜電磁環(huán)境，例如火控雷達信號、跟蹤雷達信號、干擾信號、通信信號等，然后模擬敵、友的目標屬性，比如RCS、距離、速度、位置和輻射信號特性等，還模擬指揮基地或僚機的協(xié)作信號，比如電臺應(yīng)答、數(shù)據(jù)鏈通信、IFF應(yīng)答、導(dǎo)航信號等?？傊?，洛馬公司在地面盡可能營造戰(zhàn)機在空中起伏、巡航、格斗和著陸等不同狀態(tài)時的電磁態(tài)勢，為F -35在地面進行詳細的測試奠定基礎(chǔ)。

3 未來機載射頻系統(tǒng)外場建設(shè)考慮

3.1 機載綜合射頻系統(tǒng)試驗外場功能

機載綜合射頻系統(tǒng)試驗外場主要是滿足綜合射頻系統(tǒng)在研究階段的軟硬件調(diào)試，以及系統(tǒng)后期的子系統(tǒng)測試、系統(tǒng)綜合測試和系統(tǒng)交付驗收時的戰(zhàn)技指標測試。具備功能有：

（1）逼真模擬空空、空面復(fù)雜電磁環(huán)境；

（2）逼真模擬作戰(zhàn)對象動、靜態(tài)目標；

（3）逼真模擬協(xié)作對象信號；

（4）具備全方位、全頻段、大空域試驗視野；

（5）系統(tǒng)具備良好的指揮調(diào)度、監(jiān)視、控制、試驗結(jié)果錄取分析、態(tài)勢顯示等能力；

（6）具有良好的可擴展功能。

3.2 機載射頻系統(tǒng)外場試驗需求分析

借鑒發(fā)達國家先進戰(zhàn)機設(shè)計思路，結(jié)合實際研究特點，機載射頻系統(tǒng)外場試驗需求主要從以下幾個方面進行分析考慮。

（1）系統(tǒng)內(nèi)各功能的兼容性測試

隨著綜合化的深入，各功能線程并發(fā)運行情況較多，作為機載設(shè)備，在有限的空間里各功能相互之間的兼容性如何必須定量測試，以給出各功能兼容工作后戰(zhàn)技指標是否滿足需求。機載射頻系統(tǒng)功能較差嚴重，頻率重疊或諧波影響矛盾日益突出，在設(shè)計之初對以上方面進行了技術(shù)要求，地面外場是無線驗證或調(diào)試設(shè)計的必要過程。

兼容性測試主要內(nèi)容包含以下幾個大的方面：雷達發(fā)射對電子戰(zhàn)無源接收的影響；電子干擾發(fā)射對雷達接收的影響；雷達發(fā)射對通信導(dǎo)航的影響；通信導(dǎo)航對電子戰(zhàn)無源接收的影響；電子干擾對通信導(dǎo)航的影響；其他兼容問題。

（2）資源共用性能測試

綜合化的一個特點就是資源共用，尤其是綜合化天線的共用。而資源共用后系統(tǒng)性能是否得以保證，是否滿足戰(zhàn)技指標，需要進行外場無線輻射試驗方可驗證。

資源共用測試主要內(nèi)容包含以下幾個大的方面：共用孔徑測試；共用處理資源測試；其他共用資源測試。

（3）各子系統(tǒng)協(xié)同分析處理試驗

由于綜合射頻系統(tǒng)功能眾多，而戰(zhàn)機對外界態(tài)勢感知需要各傳感器綜合分析、協(xié)同處理來得到。比如雷達和無源探測進行協(xié)同探測，模擬逼真的有源、無源目標，通過各自傳感器進行探測然后綜合協(xié)同反省處理得出真實航跡。這類試驗將驗證系統(tǒng)實現(xiàn)各傳感器真正的綜合化。

主要測試項目有傳感器數(shù)據(jù)融合測試、傳感器互引導(dǎo)測試、其他綜合系統(tǒng)測試。

（4）綜合系統(tǒng)和各子系統(tǒng)戰(zhàn)技指標測試

需要對綜合系統(tǒng)和子系統(tǒng)進行外場無線驗收和指標測試時，結(jié)合配試模擬器進行調(diào)試、測試和驗收，包括雷達功能性能指標測試、電子戰(zhàn)功能性能指標測試、通信導(dǎo)航功能性能指標測試、其他功能測試指標測試。

（5）其他特殊功能測試

能按用戶要求進行特殊功能的測試。

3.3 機載射頻系統(tǒng)外場設(shè)備組成

要滿足以上試驗需求，筆者認為試驗外場由以下設(shè)備組成［4］，見表1。

試驗外場組成框圖如圖1所示。

3.4 機載射頻系統(tǒng)地面試驗外場布局及要求

機載射頻系統(tǒng)地面試驗外場分布圖如圖2所示。

3.4.1 場地需求

由于要在地面模擬機載空空環(huán)境，所以盡量要求空域廣闊，減少射頻波束的折射和反射，根據(jù)國內(nèi)外各類型電子試驗場地的經(jīng)驗，要求試驗場地至少為1 km×1 km；地面平坦無遮擋，良好的通視條件；具備模擬器設(shè)備運輸?shù)牡缆泛屯ㄐ诺墓饫w線路。

3.4.2 布陣需求

布陣基本要求如下：

（1）試驗高塔布局在試驗場靠邊位置，基本保證目標模擬設(shè)備與被試射頻系統(tǒng)有900 m左右的通視距離；

（2）模擬器與被試設(shè)備距離要求；

（3）最小遠場距離要求：滿足公式R≥2D2／λ，式中R為遠場距離，D為天線口徑，λ為信號波長；

（4）模擬器發(fā)射功率：在被試設(shè)備靈敏度恒定的情況下，模擬器發(fā)射功率有限，所以對布陣有一定影響，應(yīng)根據(jù)具體情況進行計算分析；

（5）模擬器靈敏度：在被試設(shè)備發(fā)射信號功率恒定的情況下，模擬器靈敏度設(shè)計不同，對布陣有一定影響，應(yīng)根據(jù)具體情況進行計算分析；

（6）環(huán)境因素：由于機載射頻系統(tǒng)有大功率發(fā)射的設(shè)備，電磁輻射對周邊環(huán)境將造成一定影響，布陣時應(yīng)考慮發(fā)射方向避開建筑物和人口密集方向。

4 結(jié)束語

筆者通過對試驗場的測試內(nèi)容、配試模擬器設(shè)備、配套保障設(shè)施、試驗場的要求以及設(shè)備布陣等進行詳細說明，旨在提出建設(shè)先進的機載射頻系統(tǒng)試驗外場方法。目前國內(nèi)尚無相應(yīng)的綜合試驗外場，本文工作對后期實驗外場建設(shè)具有一定借鑒作用。由于筆者對國外資料理解有限，以上方法思路還有較多不足之處，且在具體機載射頻系統(tǒng)試驗過程中對試驗外場還有具體的要求。以上只是筆者的粗識拙見，愿拋磚引玉，與同行專家商榷，共同促進機載射頻系統(tǒng)的研究。

［1］Ian Moir.軍用航空電子系統(tǒng)［M］.吳漢平，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2008：3-29. Ian Moir.military Avionics System［M］.Translated by WU Han-ping.Beijing：Publishing House of Electronic Industry，2008：3-29.（in Chinese）

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［3］陳穎，陳德志.航空傳感器綜合處理機的開放式體系架構(gòu)［J］.電訊技術(shù)，2005，45（2）：107-110. CHEN Ying，CHEN De-zhi.Open Systems Architecture of Airborne Integrated Processor［J］.Telecommunication Engineering，2005，45（2）：107-110.（in Chinese）

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［5］戎建剛，魏建寧，黃和國.如何構(gòu)建電子戰(zhàn)靶場的復(fù)雜電磁環(huán)境［J］.電子對抗，2010（1）：6-10. RONG Jian-gang，WEIJian-ning，HUANG He-guo.How to Built Complex Electromagnetic Environment of Electronic Warfare Target Range［J］.Electronic Warfare，2010（1）：6-10.（in Chinese）

A New Thinking of Constructing Outfield Experiment Site for Airborne Radio Frequency Systems

CHEN Jie
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The composition of foreign airborne radio frequency（RF）system is introduced.The tactical and technical performance indexes of RF system are analysed.The design and equipmentconfiguration of foreign outfield experiment site are discussed.By referring to the foreign experience for reference，the experiment content of RF system is summarized and a new design thinking ofconstructing outfield experimentsite for airborne RF system is presented.This design lays a foundation for the engineering implementation.

the fourth generation fighter；airborne radio frequency system；outfield experiment；site construction

V243

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.03.033

陳杰（1977—），男，四川萬源人，工程師，主要研究方向機載電子戰(zhàn)。

1001-893X（2012）03-0414-04

2011-11-03；

2012-02-27

CHEN Jie was born in Wanyuan，Sichuan Province，in 1977.He is now an engineer.His research direction is airborne electronic warfare.

Email：jet0314008＠163.com