摘 要：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種便攜式、通用性強(qiáng)、模塊化，高可靠性的輻射功率檢測(cè)器。該檢測(cè)器在有源電子對(duì)抗設(shè)備的日常維護(hù)、保養(yǎng)中，可用于輻射功率的快速準(zhǔn)確檢測(cè)，可適應(yīng)于不同頻段、不同環(huán)境的應(yīng)用需要，提高了有源電子對(duì)抗設(shè)備的維護(hù)檢測(cè)效率，解決了有源電子對(duì)抗設(shè)備日常維護(hù)難以檢測(cè)的難題。

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關(guān)鍵詞：便攜式； 輻射功率； 有源電子對(duì)抗； 設(shè)備維護(hù)

中圖分類號(hào)：TN971-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2012)01-0107-03

Development of radiated power detector

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TIAN De-min， LI Bing-jian， ZHANG Xue-cheng

(The 723 Institute of CSIC， Yangzhou 225001， China)

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Abstract：

A radiated power detector with portable， universal， modularized， and reliabile performance is introduced. The detector can be used in daily maintenance and fast detection of radiated power， which is applicable for various environment and different frequency band. The maintenance efficiency and the test inconvenience of the active electronic countermeasure equipment can be improved.

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Keywords： portable; radiated power; active electronic countermeasure; equipment maintenance

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收稿日期：2011-07-22

基金項(xiàng)目：國(guó)防科技工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目(513190502)

0 引 言

隨著國(guó)力的提升，我軍裝備大量的有源電子對(duì)抗裝備，并迅速更新?lián)Q代。為滿足平時(shí)訓(xùn)練、戰(zhàn)時(shí)打仗的需要，對(duì)有源電子對(duì)抗裝備的日常維護(hù)、保養(yǎng)、維修均提出了很高的要求，急需研制一種便攜、實(shí)用的檢測(cè)設(shè)備。本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)大功率電子干擾設(shè)備的輻射功率檢測(cè)器，檢測(cè)器體積小、重量輕、模塊化設(shè)計(jì)，非常適用于有源電子對(duì)抗設(shè)備的日常維護(hù)、保養(yǎng)。

1 工作原理

1.1 有源電子干擾設(shè)備工作原理[1-2]

有源電子干擾設(shè)備是針對(duì)作戰(zhàn)對(duì)象輻射源信息，采用大功率壓制噪聲、欺騙干擾等輻射射頻信號(hào)，用以與真實(shí)雷達(dá)反射信號(hào)抗衡，達(dá)到破壞迷惑敵方雷達(dá)的功能的目的。常用的電子干擾設(shè)備包括引導(dǎo)式干擾設(shè)備、應(yīng)答式干擾設(shè)備，這里以引導(dǎo)式干擾設(shè)備為例，典型的引導(dǎo)式有源電子干擾設(shè)備的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖中，引導(dǎo)式有源電子干擾設(shè)備通過(guò)接收機(jī)引導(dǎo)，干擾機(jī)發(fā)射，提供有源電子干擾的能力，同時(shí)對(duì)抗可覆蓋頻段范圍內(nèi)的多部雷達(dá)。圖中所示系統(tǒng)包括一部接收機(jī)，用于檢測(cè)和接收偵察接收天線所截獲的信號(hào)，給出載頻(RF)、脈寬(PW)、脈沖幅度(PA)、到達(dá)角(AOA)、到達(dá)時(shí)間(TOA)等脈沖描述字(PDW)參數(shù)，用以引導(dǎo)干擾機(jī)，以便有源電子干擾機(jī)在時(shí)域、頻域和空域三個(gè)方面覆蓋作戰(zhàn)對(duì)象；一部干擾機(jī)，包含干擾控制、干擾發(fā)射機(jī)、干擾波束控制和干擾天線等幾部分，用以將引導(dǎo)后產(chǎn)生的干擾信號(hào)以一定的功率輻射出去。在系統(tǒng)工作時(shí)，有源電子干擾機(jī)要將控制的存儲(chǔ)信號(hào)或信號(hào)源信號(hào)輻射出去，要保證產(chǎn)生足夠的輻射功率來(lái)壓制真實(shí)雷達(dá)信號(hào)，即要保證最終輻射輸出功率的正常[3-4]。

圖1 典型引導(dǎo)式有源電子干擾設(shè)備原理框圖

在有源干擾設(shè)備的試驗(yàn)和研制過(guò)程中，可以采用大功率計(jì)、頻譜分析儀等通用檢測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)接收有源干擾設(shè)備輻射輸出的信號(hào)，用以判斷其工作是否正常，但在有源干擾設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)中，一般沒(méi)有這些通用設(shè)備。一方面因?yàn)楣β视?jì)、頻譜分析儀等通用設(shè)備屬于精密儀器儀表，價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜；另一方面這些通用設(shè)備無(wú)法長(zhǎng)期在惡劣的環(huán)境下(鹽霧、潮濕、高溫、低溫)使用，而軍用的有源電子對(duì)抗設(shè)備都是工作在惡劣的環(huán)境下，所以必須研制一種便攜式、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、具有較高可靠性，適用于惡劣環(huán)境的設(shè)備來(lái)滿足有源電子干擾設(shè)備的日常維護(hù)需求。

1.2 輻射功率檢測(cè)器的原理及方案設(shè)計(jì)

1.2.1 檢測(cè)器組成

輻射功率檢測(cè)器是通過(guò)接收有源電子對(duì)抗設(shè)備輻射的射頻信號(hào)，轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)功率，并給出功率指示，來(lái)判斷輻射功率是否正常。其工作框圖如圖2所示。

圖2 輻射功率檢測(cè)器原理框圖

在圖2中，接收天線安裝在三角架上，指向被測(cè)系統(tǒng)發(fā)射天線方向，用來(lái)接收被測(cè)系統(tǒng)輻射出的射頻信號(hào)，接收天線與便攜式機(jī)箱之間采用低損耗射頻電纜連接。便攜式機(jī)箱包含有微波模塊、視頻檢波模塊、調(diào)理電路模塊、微處理單元、顯示面板和控制電路幾部分，其中顯示面板和控制電路部分安裝在機(jī)箱面板上，其余部分安裝在機(jī)箱內(nèi)部。

檢測(cè)器各主要模塊功能如下：

接收天線：接收被測(cè)設(shè)備的輻射信號(hào)，具有定向性，提供一定增益和頻段選擇，接收天線與機(jī)箱之間采用低損耗射頻電纜連接;

微波模塊：對(duì)接收到的輻射信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、頻段選擇、衰減控制等，輸出的微波信號(hào)送視頻檢波模塊；

視頻檢波模塊：對(duì)接收到的微波信號(hào)進(jìn)行視頻檢波，檢波輸出為視頻信號(hào)，采用的是大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的DLVA(數(shù)字對(duì)數(shù)檢波視頻放大器);

調(diào)理電路模塊：調(diào)理電路包含運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換等，將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

微處理器單元模塊：微處理單元模塊包含MCU，F(xiàn)PGA，RS 232接口等，將接收到的數(shù)字信號(hào)處理轉(zhuǎn)換為功率信號(hào)，并將功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為可顯示的數(shù)值送顯示面板顯示;

顯示面板：采用數(shù)碼管顯示的方式，直觀地給出最終的功率值;

控制電路：完成輸入信號(hào)的選擇、濾波、頻率選擇、衰減等開(kāi)關(guān)控制;

電源：提供電源輸入保護(hù)，從+28 V變換為±5 V、±12 V，分別給其他各模塊提供電源。

1.2.2 硬件設(shè)計(jì)

(1) 調(diào)理電路模塊

調(diào)理電路模塊對(duì)視頻檢波輸出的視頻信號(hào)進(jìn)行放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換。放大芯片采用ADI公司的AD8132AR，提供3 dB帶寬，350 MHz，1 200 V/μs轉(zhuǎn)換速率，可通過(guò)電阻比改變?cè)鲆妗/D芯片采用TI公司的TLC5540，8位采樣，最大采樣速率達(dá)40 MHz，+5 V單電源供電。A/D芯片TLC5540的電壓參考采用Maxim公司的高精度，低功耗電壓參考芯片MAX6166，電壓精度可達(dá)±2 mV，輸出電壓為2.5 V。

(2) MCU

MCU單元完成系統(tǒng)控制、計(jì)算機(jī)接口控制、參數(shù)設(shè)置、面板接口控制、設(shè)備參數(shù)加載初始化等功能。

選用Atmel公司的8位單片機(jī)AT89S8253，兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51結(jié)構(gòu)，具有12 KB的片內(nèi)FLASH，2 KB的E2PROM，256×8 b的內(nèi)部RAM，保證了程序的運(yùn)行空間和參數(shù)的存儲(chǔ)，32位可編程I/O接口滿足對(duì)外連接的需要，四級(jí)中斷、可編程看門狗保證了系統(tǒng)的可靠性。

(3) RS 232電平轉(zhuǎn)換

通用的計(jì)算機(jī)接口均為RS 232電平標(biāo)準(zhǔn)，要實(shí)現(xiàn)與MCU的通信，必須將標(biāo)準(zhǔn)的RS 232電平串口轉(zhuǎn)換為TTL電平的UART信號(hào)。

為保證電源簡(jiǎn)單、功耗低，RS 232接口芯片選用了Maxim公司的MAX202E，只需+5V單電源供電，外部只需4個(gè)0.1 μF的電容即可工作，提供雙路RS 232接口。

(4) FPGA

FPGA模塊作為系統(tǒng)的核心模塊，接收來(lái)自MCU的加載參數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收高速的采樣數(shù)字信號(hào)，將采樣的數(shù)字信號(hào)與加載的參數(shù)比對(duì)、校正、組合，轉(zhuǎn)換為可以顯示的BCD碼，送給數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。芯片選擇Altera公司的EP1K50QC208，包含2 880個(gè)邏輯單元、40 960 b的RAM，1個(gè)鎖相環(huán)，完全滿足系統(tǒng)存儲(chǔ)和運(yùn)算需要。FPGA的加載芯片采用被動(dòng)串行芯片EPC2。

(5) 電源

電源模塊提供±5 V電源，所選用的FPGA需要3.3 V和2.5 V兩種電源，芯片選用TI公司的REG104GA-3.3，輸入電壓為4.3~16 V，輸出電壓為3.3 V，最大輸出電流為1 A；此外還選用LINEAR公司的LT1764EQ-2.5，最大輸出電流為3 A，最大輸入電壓范圍為3.5～20 V，輸出電壓為2.5 V。

1.2.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括MCU程序、FPGA程序，分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、參數(shù)設(shè)置、接口控制、參數(shù)測(cè)量轉(zhuǎn)換等功能。

(1) MCU軟件

MCU軟件是整個(gè)系統(tǒng)的管理核心部分，實(shí)現(xiàn)接口控制、監(jiān)測(cè)，完成參數(shù)設(shè)置、更新，實(shí)現(xiàn)與外部接口計(jì)算機(jī)的通信；與FPGA連接，設(shè)置FPGA的初始化參數(shù)表，流程圖如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

(2) FPGA軟件

FPGA軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，主要完成數(shù)據(jù)采集后緩沖、校正、變換等處理，通過(guò)接收來(lái)自MCU設(shè)置的參數(shù)，選擇不同的工作模式，最終將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)查表、編碼轉(zhuǎn)換為可顯示的BCD碼，其流程框圖如圖4所示。

圖4 FPGA軟件流程圖

(3) 性能測(cè)試

通過(guò)實(shí)際測(cè)試，設(shè)計(jì)的輻射檢測(cè)器處理信號(hào)靈敏度可達(dá)到-45 dBm，最小脈沖寬度為1 μs，動(dòng)態(tài)范圍為45 dB，可檢測(cè)脈沖調(diào)制和連續(xù)波信號(hào)。

2 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的便攜式大功率輻射檢測(cè)器可實(shí)現(xiàn)

輻射功率的自動(dòng)測(cè)量，采用便攜式、小型化設(shè)計(jì)，重量輕(小于5 kg)、體積小、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大，可檢測(cè)連續(xù)波信號(hào)、脈沖調(diào)制信號(hào)，模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性好，靈活性強(qiáng)，通過(guò)采用不同模塊，可實(shí)現(xiàn)較寬的頻段覆蓋，適用于有源電子對(duì)抗設(shè)備的日常維護(hù)、保養(yǎng)和維修，也適用于雷達(dá)、指令等設(shè)備的日常檢測(cè)。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

田德民 男，1979年出生，山東曹縣人，碩士研究生，高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)殡娮討?zhàn)接收機(jī)及電子戰(zhàn)系統(tǒng)。

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