俞育新 王 平 馬朝陽(yáng) 陳豪東

(1.舟山監(jiān)修室 舟山 316000)(2.中國(guó)西南電子設(shè)備研究所 成都 610036)

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某型雷達(dá)偵察設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試方法優(yōu)化探討*

俞育新1王 平2馬朝陽(yáng)1陳豪東1

(1.舟山監(jiān)修室 舟山 316000)(2.中國(guó)西南電子設(shè)備研究所 成都 610036)

論文基于某型雷達(dá)偵察設(shè)備的系統(tǒng)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的基本測(cè)試方法,提出了一種優(yōu)化測(cè)試方案,進(jìn)一步考慮了實(shí)際信號(hào)輻射到達(dá)測(cè)頻前端和測(cè)向前端的功率情況,通過(guò)使用均衡器匹配方法,彌補(bǔ)了測(cè)頻和測(cè)向前端的通道增益差異,較好地解決了該通道匹配問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化方案的模擬測(cè)試與指標(biāo)轉(zhuǎn)化結(jié)果,可以驗(yàn)證該優(yōu)化方案更能等效代替大功率輻射源輻射法測(cè)試,為以后的整機(jī)系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試以及產(chǎn)品檢驗(yàn)提供優(yōu)化思路。

系統(tǒng)靈敏度; 動(dòng)態(tài)范圍; 均衡器; 功分器

Class Number TN955

1 引言

在雷達(dá)偵察設(shè)備中,工作靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。能接收的信號(hào)越微弱,則接收機(jī)的靈敏度越高,因而雷達(dá)偵察設(shè)備的作用距離就越遠(yuǎn),通常用最小可檢測(cè)信號(hào)功率來(lái)表示[1]。動(dòng)態(tài)范圍表示接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入信號(hào)強(qiáng)度變化的范圍。當(dāng)輸入信號(hào)功率過(guò)大時(shí),接收機(jī)前端將發(fā)生飽和而出現(xiàn)寄生信號(hào),或者發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象,或者輸出超出接收機(jī)正常工作需要的信噪比,通常用這種強(qiáng)信號(hào)輸入功率和弱信號(hào)輸入功率之比來(lái)表示[2～3]。

在工程實(shí)際中,對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試工作有兩種不同的認(rèn)識(shí),一種是首先測(cè)定雷達(dá)偵察設(shè)備的工作靈敏度,確定設(shè)備最小可檢測(cè)信號(hào)的功率,在這個(gè)功率電平基礎(chǔ)上加上動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)值,觀察設(shè)備工作情況,作為判斷依據(jù);另外一種是按照設(shè)備的工作靈敏度指示要求,在工作靈敏度指標(biāo)的基礎(chǔ)上加上動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)值,觀察設(shè)備工作情況,作為判斷依據(jù)[4]。本文認(rèn)為后者更具有合理性,它確定了滿(mǎn)足設(shè)備正常工作的絕對(duì)功率范圍。

2 問(wèn)題提出

假設(shè)某型雷達(dá)偵察設(shè)備的系統(tǒng)工作靈敏度指標(biāo)為優(yōu)于-50dBmi,動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)是50dB,為了測(cè)試這兩個(gè)系統(tǒng)指標(biāo),在微波暗室建立測(cè)試環(huán)境,如圖1所示。由于該設(shè)備的系統(tǒng)工作靈敏度指標(biāo)要求為優(yōu)于-50dBmi,動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)要求為50dB,因此,產(chǎn)品規(guī)范(技術(shù)條件)對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍絕對(duì)指標(biāo)為優(yōu)于0dBmi,即到達(dá)設(shè)備接收天線口面的功率至少為0dBmi。根據(jù)系統(tǒng)工作靈敏度的計(jì)算公式反向推算,如表1所示,采用輻射測(cè)試方法測(cè)試偵察設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍時(shí),對(duì)輻射源的功率要求最大為851.1W。

為了在輻射源處獲得300W～900W量級(jí)的功率,而且具有寬帶特性,需要采用高壓電源+行波管提供足夠大的功率[5]。在設(shè)備組成上,行波管至天線的射頻鏈路需要采用波導(dǎo),以增大功率傳輸容量[6]。還需要冷卻系統(tǒng)給行波管和高壓電源散熱,保障其能正常工作[5]。由于獲得851.1W的大功率輻射源,對(duì)其測(cè)試設(shè)備硬件要求很高,成本很大,難以實(shí)現(xiàn)。因此,在工程中通常使用輸出功率小1W的信號(hào)源進(jìn)行模擬測(cè)試。

表1 動(dòng)態(tài)范圍輻射測(cè)試時(shí)對(duì)輻射源的功率需求

圖1 系統(tǒng)工作靈敏度輻射測(cè)試框圖

3 現(xiàn)狀調(diào)查

以某型設(shè)備的產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的檢測(cè)方法為例,闡述了其動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試框圖和計(jì)算公式,如圖2、式(1)所示,該測(cè)試方法存在一定的局限性,需要進(jìn)一步考慮實(shí)際輻射情況到達(dá)高頻箱(測(cè)頻前端)和測(cè)向接收前端的功率大小,以及測(cè)頻和測(cè)向前端的通道匹配問(wèn)題,因此,可以對(duì)原有的測(cè)試方案進(jìn)行優(yōu)化探索,進(jìn)一步達(dá)到真實(shí)模擬輻射測(cè)試的環(huán)境。

某型雷達(dá)偵察設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍D:

D=Ps2-Ps1

(1)

式中:D為接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍,單位為dB;Ps1為對(duì)應(yīng)靈敏度時(shí)的信號(hào)源輸出電平,單位為dBm;Ps2為對(duì)應(yīng)頻率接收機(jī)正常時(shí)信號(hào)源最大輸出電平,單位為dBm。實(shí)際測(cè)試時(shí),信號(hào)源功率設(shè)置為(Ps1+D)dBm,設(shè)備正常偵收則判為合格。

圖2 某型雷達(dá)偵察設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試框圖

4 問(wèn)題分析

1) 模擬測(cè)試原則

眾所周知,采用信號(hào)輻射法測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍的方法是絕對(duì)正確的,但是在實(shí)際操作時(shí),卻是最不可行的,對(duì)測(cè)試設(shè)備要求高,成本大,難以實(shí)現(xiàn)[7]。因此,需要采用模擬測(cè)試的方法來(lái)等效替代輻射測(cè)試。在建立模擬測(cè)試模型時(shí),必須保證模擬測(cè)試方法具有等效替換性,進(jìn)而可以減小設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的測(cè)試誤差。

2) 模擬測(cè)試模型

對(duì)于前文的某型雷達(dá)偵察設(shè)備,采用信號(hào)源注入方法測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍,只有繞過(guò)測(cè)頻、測(cè)向接收天線,分別將信號(hào)從測(cè)向前端接收組件和測(cè)頻前端接收組件注入。為了保證注入信號(hào)的到達(dá)同時(shí)性和模擬輻射接收時(shí)的情況,信號(hào)源輸出接一個(gè)3dB功分器,如圖3所示。此外,還需要考慮到以下兩個(gè)因素:

(1)測(cè)向天線與測(cè)頻天線的增益不同,其中測(cè)向天線(定向喇叭天線)的增益為正值,而測(cè)頻天線的增益為負(fù)值(全向雙錐天線);

(2)射頻傳輸鏈路上的插損不同,即圖中線路1和線路2的長(zhǎng)度和插損不同。

因此,需要在功分器輸出增加均衡器來(lái)模擬這兩種因素的差異性,以達(dá)到輻射測(cè)試方法下的等同效果,如圖3所示。用虛線框內(nèi)功分器、均衡器和電纜B、C等效替代偵察設(shè)備的測(cè)頻天線和測(cè)向天線以及它們與前端的連接電纜。

3) 均衡器幅頻特性固化

由前文分析,在偵察設(shè)備系統(tǒng)工作靈敏度測(cè)試時(shí),當(dāng)信號(hào)源的輸出功率為10dBm時(shí),經(jīng)計(jì)算可以得出到達(dá)設(shè)備接收天線口面的功率,如表3所示[8]。此時(shí),信號(hào)分兩個(gè)通道進(jìn)入前端接收組件,一個(gè)通道通過(guò)測(cè)頻天線以及電纜1(測(cè)頻前端通道)進(jìn)入測(cè)頻前端接收組件,另一個(gè)通道通過(guò)測(cè)向天線以及電纜2(測(cè)向前端通道)進(jìn)入測(cè)向前端接收組件。因此,需要測(cè)出兩個(gè)通道的增益差異數(shù)據(jù)。

圖3 動(dòng)態(tài)范圍注入測(cè)試框圖

頻率(MHz)天線口面的功率(dBmi)測(cè)向前端接收組件輸入功率(dBm)測(cè)頻前端接收組件輸入功率(dBm)測(cè)向前端通道增益Gd(dB)測(cè)頻前端通道增益Gf(dB)均衡器取值(dB)××-46.2-35.6-51.510.6-5.3-15.9××-46.6-35.6-51.211.0-4.6-15.6××-47.3-35.9-51.511.4-4.2-15.6××-47.6-35.6-51.012.0-3.4-15.4××-48.0-35.5-50.212.5-2.2-14.7××-48.3-35.2-49.513.1-1.2-14.3××-48.8-37.2-51.211.6-2.4-14.0××-49.0-38.2-52.310.8-3.3-14.1××-49.2-40.1-53.59.1-4.3-13.4××-49.6-40.7-54.58.9-4.9-13.8××-49.4-41.2-55.08.2-5.6-13.8

根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù),給出均衡器的衰減曲線,如圖4所示。

圖4 均衡器的衰減曲線

4) 測(cè)試指標(biāo)轉(zhuǎn)化

在動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試時(shí),要求到達(dá)設(shè)備接收天線的功率為-50dBmi+50dB,即0dBmi。于是可以按照公式(Pi=Di+Gd+Lg)計(jì)算信號(hào)源的輸出功率。按照信號(hào)源輸出功率要求進(jìn)行測(cè)試,該雷達(dá)偵察干擾設(shè)備能夠正常工作,說(shuō)明該設(shè)備將滿(mǎn)足其動(dòng)態(tài)范圍的指標(biāo)要求,其指標(biāo)轉(zhuǎn)化如圖5所示。由實(shí)際模型測(cè)試結(jié)果,可以準(zhǔn)確分析出動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試時(shí)信號(hào)源輸出功率,如表4所示。

圖5 指標(biāo)轉(zhuǎn)化示意圖

頻率(MHz)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍Di(dBmi)測(cè)向前端通道增益Gd(dB)功分器和電纜A、C插損Lg(dB)信號(hào)源輸出功率Pi(dBm)××010.6414.6××011.0415.0××011.4415.4××012.0416.0××012.5416.5××013.1417.1××011.6415.6××010.8414.8××09.1413.1××08.9412.9××08.2412.2

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)在微波暗室里模擬測(cè)試偵察設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍提供了優(yōu)化思路,并以某型雷達(dá)偵察設(shè)備為實(shí)例進(jìn)行分析,測(cè)試了測(cè)向和測(cè)頻前端通道的增益差異數(shù)據(jù)。通過(guò)使用均衡器匹配,彌補(bǔ)了通道差異,構(gòu)建了模擬測(cè)試的基本模型,使之能等效替代輻射法測(cè)試。這一模型,為整機(jī)調(diào)試、測(cè)試以及整機(jī)產(chǎn)品檢驗(yàn)提供了方法依據(jù)。

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Optimization Discussion of Dynamic Range Test Method Based on a Certain Type of Radar Reconnaissance Equipment

YU Yuxin1WANG Ping2MA Chaoyang1CHEN Haodong1

(1. Repair Representative Office of Navy in Zhoushan, Zhoushan 316000) (2. Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, Chengdu 610036)

A kind of optimization test method in this paper is proposed based on the test method of system sensitivity and dynamic range with are radar reconnaissance equipments. The actual signal power that arrives at frequency measurement front-end and direction finding front-end are further considered. The channel matching problem between frequency measurement front-end and direction finding front-end is solved by the application of equalizer matching method. At last, the effectiveness of the proposed optimization test method is verified by a lot of simulation experiments and test results. This optimization test method is more effective than traditional method, and it provides optimized ideas for future work.

system sensitivity, dynamic range, equalizer, power divider

2014年12月14日,

2015年1月22日

俞育新,男,高級(jí)工程師,研究方向:艦載武器系統(tǒng)。王平,男,工程師,研究方向:雷達(dá)對(duì)抗和生產(chǎn)測(cè)試制造技術(shù)。馬朝陽(yáng),男,工程師,研究方向:電子裝備維修保障。陳豪東,男,工程師,研究方向:電子裝備維修保障。

TN955

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.020