■ 許冰清 葉 芃 王建軍

?

炮位偵察校射雷達射頻回波模擬器技術(shù)研究

■ 許冰清 葉 芃 王建軍

本文通過對炮位偵察校射雷達的作戰(zhàn)用途和工作模式的分析研究，對非實戰(zhàn)條件下的使用及訓練提出了新的仿真模擬方式，有效解決了炮位偵察校射雷達調(diào)試、訓練過程中的關(guān)鍵技術(shù)和難題，具有重要軍事應(yīng)用價值和顯著的經(jīng)濟效益。

1.前言

炮位偵察校射雷達是八十年代首先由美國研發(fā)并投入使用的一種戰(zhàn)場偵察雷達。這種雷達無需與敵方火炮陣地通視，僅需搜索跟蹤敵方火炮發(fā)射的彈丸即可精確確定敵方火炮陣地位置坐標。炮位偵察校射雷達既能快速偵察敵方炮兵陣地，又能對我方炮兵射擊進行校正射擊，反應(yīng)速度快，定位精度高，是炮兵實施精確偵察、快速反擊的有力武器，極大地提高了炮兵戰(zhàn)場情報保障能力。炮位偵察校射雷達因而受到世界各國的高度重視，得到快速發(fā)展。

在非實彈射擊條件下，因目標環(huán)境無法滿足炮位偵察校射雷達的戰(zhàn)術(shù)使用要求，無論是在生產(chǎn)調(diào)試階段或作戰(zhàn)訓練過程中，如何檢驗雷達搜索、驗證、跟蹤性能，判斷雷達工作狀態(tài)，如何實施雷達偵察校射作業(yè)訓練，一直是世界各國炮位偵察校射雷達研制和使用中的難題。研制和開發(fā)能夠全面測試和檢驗炮位偵察校射雷達性能、判斷雷達是否故障、簡化雷達訓練方式的機外空饋目標生成系統(tǒng)（即雷達射頻回波模擬器），是解決上述問題的重要途徑，不僅能為炮位偵察校射雷達日常訓練提供有效手段，而且對炮位偵察校射雷達研制開發(fā)和檢測維修保障提供一種新手段，具有重要軍事應(yīng)用價值和顯著的經(jīng)濟效益。

2.發(fā)展現(xiàn)狀

一些發(fā)達國家普遍使用雷達信號生成裝置，凡是用雷達作為探測手段的武器系統(tǒng)，一般均配有比較先進的雷達信號產(chǎn)生裝置，以逼真地模擬雷達實際工作情況。目前美國已有兩百多家公司在研制訓練模擬器材，每年投資十多億美元，美國國防部所屬的三軍都成立了人機環(huán)境研究所，從事軍用訓練模擬器材研發(fā)工作。

美國Melibu Research公司研制的采用計算機+雷達信號生成裝置硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雷達環(huán)境模擬設(shè)備，主要針對AN/TPQ-36/37相控陣雷達整機調(diào)試和性能測試的雷達模擬器，該雷達環(huán)境模擬器RES能夠模擬含有目標、噪聲、地雜波、海雜波和電子戰(zhàn)等各類環(huán)境下的雷達回波，可提供射頻、中頻、視頻和數(shù)字等四種形式雷達回波信號。

歐洲COBRA雷達的彈道目標回波信號生成系統(tǒng)采用了44個天線單元，天線支架高1229.36cm，兩個相鄰天線單元的距離為13.97cm，雷達與系統(tǒng)徑向距離186.3m，兩個單元對雷達天線相位中心張角0.43°，模擬目標運動仰角范圍：1.8°～4°。能檢驗COBRA雷達的定位性能。

國內(nèi)從上世紀90年代開始相繼出現(xiàn)有關(guān)雷達信號模擬裝置的研究報告，但多是基于雷達視頻回波信號的模擬而開發(fā)研制，而能夠在脫機情況下實現(xiàn)雷達目標射頻回波信號模擬的模擬設(shè)備較少，尤其是彈道目標信號生成裝置的研制目前尚處空白。

3.系統(tǒng)組成與作用原理

3.1系統(tǒng)組成

射頻回波模擬器系統(tǒng)主要由天線、主機、放大模塊、升降桿、存放箱及繞線盤等組成。

3.2作用原理

射頻回波模擬器工作原理框圖見圖1，射頻回波模擬器工作時，天線掛裝在升降桿上，由電纜連接到升降桿下的主機，主機由雷達本體經(jīng)電纜提供激勵信號，雷達提供AC220 V交流電（或者使用市電）。

遙控軟件運行在雷達操控終端上（或獨立的電腦上），通過RS485接口同主機通信，遙控軟件運行時提供射頻回波模擬器操作的人機界面，操作人員可通過鍵盤、鼠標設(shè)置射頻回波模擬器的工作頻率、工作方式等工作參數(shù)，并通過調(diào)用彈道回波數(shù)據(jù)生成軟件生成一組要模擬的彈道回波數(shù)據(jù)，遙控軟件將這些參數(shù)和數(shù)據(jù)通過有線通信電纜發(fā)送到主機，主機根據(jù)這些參數(shù)和數(shù)據(jù)對接收到的雷達信號進行相應(yīng)的信號處理，形成模擬回波信號，并發(fā)射出去，雷達接收到回波信號后就可以解析出彈道信息，完成模擬訓練的功能。

4.關(guān)鍵技術(shù)分析

射頻回波模擬器主要有如下關(guān)鍵技術(shù)：一維天線陣技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)

天線是用來接收雷達的發(fā)射信號，并在目標模擬的位置輻射模擬回波信號。一種天線形式是單元陣，若模擬目標運動的效果不影響雷達的跟蹤性能，單元間距對雷達的張角應(yīng)小于雷達跟蹤測角的精度，再選取模擬目標的仰角運動范圍（一般3°左右），可得到需要的輻射單元數(shù)目，每個輻射單元需要相應(yīng)的電纜、射頻控制開關(guān)等，設(shè)備量多，成本相對較高。

另一種天線形式是采用一個單元仰角沿導軌運動的方式，模擬彈道目標仰角的運動，則省掉了大量的射頻開關(guān)，僅需要一根射頻電纜，采用這種天線形式的技術(shù)難點在天線折疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計，導軌的設(shè)計和天線單元沿導軌運動速度的限制。另外，電機啟動時的電流很大，會造成直流電源電壓的下降，使其他電路工作不正常，電機開始運動和終止運動的安全保護，是一個必須考慮的安全因素，電機加速減速過程也使得勻速運動的行程范圍變小，天線運動行程要考慮加速減速段，雖然設(shè)備量少，但可靠性和安全性低。

綜上所述，選擇天線單元陣雖然成本有所增加，但是設(shè)備安全可靠，模擬的目標速度也能滿足要求，天線單元陣采用一維線陣，用1根射頻電纜和1根多芯控制電纜同主機連接。可綜合考慮射頻開關(guān)、運輸和架裝條件，將天線單元陣分為若干輻射組件，每個輻射組件通過穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜與射頻開關(guān)相連，輻射單元均勻分布在輻射組件上，天線輻射單元為微帶線形式，極化為垂直線極化。射頻開關(guān)主要完成天線輻射單元的切換。

數(shù)字信號處理單元技術(shù)主要通過數(shù)字信號處理單元實現(xiàn)，數(shù)字信號處理單元分為速度處理子模塊和距離處理子模塊。速度處理子模塊采用直接數(shù)字合成（DDS）方法，以固定頻率精度的時鐘為基準，產(chǎn)生頻率和相位可調(diào)的輸出信號。

目前DDS頻率控制字可達24～48位，因此可以產(chǎn)生高精度的軌跡信號；距離處理子模塊產(chǎn)生軌跡距離延時，延時的最大范圍取決于存儲器的存儲深度，延時精度取決于讀寫控制的時鐘周期。

數(shù)字信號處理過程主要由A/D、信號處理、信號存儲、D/A組成。數(shù)字信號處理單元接收射頻收發(fā)單元輸出的中頻信號，經(jīng)過 A/D采樣后進行正交變換，在數(shù)字域加入目標的多普勒和延時，進行正交逆變換然后再進行D/A變換產(chǎn)生中頻模擬回波信號，實現(xiàn)彈道特征參數(shù)在信號上的調(diào)制，然后輸出到射頻收發(fā)單元。

5.發(fā)展趨勢分析

炮位偵察校射雷達射頻回波模擬器技術(shù)發(fā)展未來呈現(xiàn)以下趨勢：

5.1二維天線陣技術(shù)

受限于一維天線陣，射頻回波模擬器只能在方位或者俯仰上進行變化，而如果采用二維天線陣技術(shù)，則可以使射頻回波模擬器實現(xiàn)在俯仰和方位上同時變化，更符合實際彈道目標回波的變化。

5.2多種彈道目標類型

隨著炮位偵察校射雷達針對的目標種類的增多，射頻回波模擬器需要模擬的彈道類型也應(yīng)更加豐富，而每種彈道目標的彈道系數(shù)、彈徑、速度、射角、RCS等參數(shù)都不盡相同。所以射頻回波模擬器的一個發(fā)展趨勢就是能夠模擬各種型號規(guī)格的火炮（火箭炮）等彈道目標的彈道回波信號。

（作者單位：陸軍南京軍事代表局駐揚州地區(qū)軍事代表室）