，

(中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

隨著國際戰(zhàn)爭形勢的發(fā)展，對海軍艦艇作戰(zhàn)能力的要求也越來越高，需要高素質(zhì)的作戰(zhàn)指揮員和操作手，才能充分發(fā)揮武器裝備的優(yōu)良性能。針對新的作戰(zhàn)要求，艦艇部隊需要進(jìn)行高強(qiáng)度、接近實(shí)戰(zhàn)的常態(tài)化訓(xùn)練，以檢驗(yàn)和提高艦艇的實(shí)際作戰(zhàn)能力[1]。為解決部隊進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練中沒有空中目標(biāo)配合，導(dǎo)致某型艦空導(dǎo)彈武器裝備防空反導(dǎo)不能構(gòu)成閉環(huán)，無法實(shí)現(xiàn)全過程訓(xùn)練的難題，研制一種新型電子靶標(biāo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠真實(shí)模擬具有作戰(zhàn)背景的多種運(yùn)動速度、多批次運(yùn)動目標(biāo)和導(dǎo)彈應(yīng)答信號，使某型艦空導(dǎo)彈武器裝備完成整個防空反導(dǎo)訓(xùn)練全過程，滿足當(dāng)前部隊軍事訓(xùn)練的迫切急需，開創(chuàng)了部隊訓(xùn)練新模式。

1 總體方案

該系統(tǒng)采用便攜式工業(yè)控制計算機(jī)平臺進(jìn)行操作控制，通過人機(jī)交互的方式，可以完成目標(biāo)速度、間隔距離(以時間方式)和目標(biāo)批次等參數(shù)，提供不同的戰(zhàn)術(shù)背景和環(huán)境。顯示目標(biāo)運(yùn)動情況和導(dǎo)彈運(yùn)動情況及彈目交會等內(nèi)容，通過接口總線控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。

采用3個天線和高頻組合，接收3個波段的電磁信號(雷達(dá)信號)，通過研制的中頻信號處理組合，對接收的電磁信號進(jìn)行采集、存儲和延時等處理，發(fā)射輸出與3個電磁信號相參的雷達(dá)信號，并給出各階段的控制信號，點(diǎn)亮目標(biāo)和導(dǎo)彈紅外信號燈，為武器系統(tǒng)提供紅外信號。導(dǎo)彈紅外信號采用紅外燈帶，提供控制各個紅外燈的亮、滅，模擬導(dǎo)彈的運(yùn)動規(guī)律，或采用滑軌方式，滑塊上安裝紅外燈，利用滑塊的運(yùn)動模擬導(dǎo)彈的運(yùn)動。系統(tǒng)可最大保障四批目標(biāo)的武器系統(tǒng)訓(xùn)練工作。

考慮到武器系統(tǒng)發(fā)射裝置的發(fā)射安全射界要求，采用氣動桅桿升降設(shè)備，將3個雷達(dá)天線提升到5～10米的高度。為了保證安全，氣動桅桿升降設(shè)備要求具有較高的安全系數(shù)。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)用于某型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)防空系統(tǒng)訓(xùn)練中的信號保障。系統(tǒng)按時序接收、模擬、延時轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)雷達(dá)信號及模擬紅外信號源，配合武器系統(tǒng)完成完整作戰(zhàn)過程[2]。其主要功能包括：

1) 接收搜索雷達(dá)脈沖信號，按目標(biāo)運(yùn)動規(guī)律，模擬目標(biāo)回波信號；

2) 接收火控雷達(dá)脈沖信號，按已設(shè)置的搜索雷達(dá)目標(biāo)運(yùn)動規(guī)律，模擬回波信號；

3) 接收制導(dǎo)指令信號，按導(dǎo)彈運(yùn)動方程，產(chǎn)生導(dǎo)彈應(yīng)答信號；

4) 產(chǎn)生目標(biāo)、導(dǎo)彈紅外信號，模擬導(dǎo)彈與目標(biāo)交會過程；

5) 設(shè)置目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)；

6) 系統(tǒng)自檢及故障檢測功能。

3 關(guān)鍵指標(biāo)確定

在研究分析某型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)裝備使用要求的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，保證該系統(tǒng)具備配合完成該艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的防空反導(dǎo)訓(xùn)練任務(wù)。其主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)包括：設(shè)備工作頻率、脈沖寬度、回波信號強(qiáng)度、模擬回波數(shù)量及參數(shù)、紅外信號源強(qiáng)度、測距范圍、工作環(huán)境、電源特性、可靠性、維修性、測試性、電磁兼容性和三防性能等方面。

4 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要由天線組(包括搜索雷達(dá)、火控雷達(dá)和制導(dǎo)指令的3個工作波段天線)、信號處理機(jī)箱(包括：雷達(dá)收發(fā)組件、信號處理單元、接口單元、電源組)、主控計算機(jī)、紅外信號燈(目標(biāo)和導(dǎo)彈)、滑架和氣動桅桿組合等組成。系統(tǒng)通過天線組接收艦載搜索雷達(dá)發(fā)射信號，經(jīng)混頻、檢波后分離、提取出雷達(dá)信號特征和同步信號等信息，在同步信號的控制下與目標(biāo)生成模塊產(chǎn)生的相參的導(dǎo)彈型和飛機(jī)型目標(biāo)的反射回波相調(diào)制，由天線發(fā)射給艦載雷達(dá)，艦載搜索雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤該信號后為艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)提供目標(biāo)指示信息。同樣過程處理火控雷達(dá)信號，產(chǎn)生與搜索雷達(dá)相同參數(shù)和狀態(tài)的目標(biāo)信號，使火控雷達(dá)跟蹤目標(biāo)。控制組件控制紅外信號燈在滑架上下運(yùn)動，模擬導(dǎo)彈運(yùn)動狀態(tài)。系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，系統(tǒng)電纜連接如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖

圖2 系統(tǒng)電纜連接圖

4.1 雷達(dá)天線組

天線是該系統(tǒng)中重要組成部分，天線的結(jié)構(gòu)、尺寸和功率等是天線設(shè)計時需要考慮的幾大因素；該系統(tǒng)要求天線有較小的尺寸，以適應(yīng)裝備整體的便捷性；選擇相應(yīng)的天線類型和極化特性，高效接收雷達(dá)信號；增加天線波束的寬度，滿足天線對準(zhǔn)的簡單、快捷等要求。

4.2 信號處理機(jī)箱

該部分主要完成變頻和信號處理工作。

變頻處理是把天線接收到的3個工作波段的信號經(jīng)過低噪聲放大、變頻、濾波等環(huán)節(jié)，把微波信號轉(zhuǎn)換為中頻信號，其主要技術(shù)指標(biāo)包括靈敏度、阻塞和雜散響應(yīng)抑制、互調(diào)響應(yīng)抑制、輸出中頻特性等。為減小天線和變頻組件之間的損耗和干擾，將3個波段的器件設(shè)計在一個金屬外殼中，并加以密封。變頻原理如圖3所示。

圖3 變頻原理框圖

信號處理完成對雷達(dá)中頻信號的存儲、重構(gòu)，是產(chǎn)生相參的目標(biāo)運(yùn)動回波的基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：

1)對搜索雷達(dá)目標(biāo)回波中頻信號的模擬；

2)對火控雷達(dá)目標(biāo)回波中頻信號的模擬；

3)對導(dǎo)彈應(yīng)答信號的模擬；

4)對滑軌和紅外燈的控制。

按照模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的設(shè)計理念，將信號處理模塊按接口單元、中頻接收單元、數(shù)字射頻存儲單元和中頻調(diào)制單元進(jìn)行功能劃分。功能組成如圖4所示。

圖4 功能組成框圖

4.3 主控計算機(jī)

主控計算機(jī)是整個系統(tǒng)的控制中心，通過軟件控制雷達(dá)收發(fā)組件、中頻信號處理單元接收和發(fā)送3個工作波段的電磁信號?？刂颇M目標(biāo)和導(dǎo)彈的紅外信號燈點(diǎn)亮，控制滑塊按照導(dǎo)彈運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行上下運(yùn)動，模擬導(dǎo)彈和目標(biāo)交會過程。

硬件上選用目前市場上主流CPU和主板，外形結(jié)構(gòu)采用Lp-55靈屏工控機(jī)。采用RS232通信接口與信號處理機(jī)箱連接，相互發(fā)送的主要信息報文見表1。

表1 主控計算機(jī)與信號處理機(jī)箱間信息報文

4.4 紅外信號燈

紅外信號燈用于為武器系統(tǒng)紅外跟蹤器產(chǎn)生目標(biāo)、導(dǎo)彈紅外信號。根據(jù)紅外跟蹤器工作波段選取適用的紅外信號光源，為了保證紅外跟蹤器穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，將16個光源組成一個方陣[3]，增加紅外光源的能量，如圖5所示。

圖5 光源方陣圖

4.5 滑架

為了實(shí)現(xiàn)紅外燈模擬導(dǎo)彈運(yùn)動規(guī)律，在滑軌底部安裝模擬目標(biāo)的紅外燈，滑塊上安裝模擬導(dǎo)彈的紅外燈，在滑軌兩端安裝兩個漸近開關(guān)，滑塊在步進(jìn)電機(jī)和傳輸帶的控制下，沿導(dǎo)向桿進(jìn)行上下運(yùn)動，模擬導(dǎo)彈在紅外跟蹤器視場的運(yùn)動情況。機(jī)械設(shè)計如圖6所示。

圖6 機(jī)械設(shè)計圖

4.6 氣動桅桿

該便攜式桅桿可以在不同高度上升降，以配合不同艦型武器裝備的高度，利用固定鋼纜進(jìn)行三角形方式固定桅桿。也可將便攜式桅桿依靠到艦上固定支架上，用繩子固定好。

5 軟件設(shè)計

5.1 軟件組成

軟件由系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用軟件和共用的標(biāo)準(zhǔn)化軟件模塊組成；系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用軟件包括運(yùn)動參數(shù)設(shè)置應(yīng)用軟件、運(yùn)動特性處理應(yīng)用軟件、彈目交會處理應(yīng)用軟件、運(yùn)動部件控制應(yīng)用軟件、設(shè)備自檢應(yīng)用軟件等，分別用于完成各分系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化軟件模塊由RTX時間同步支持、數(shù)據(jù)監(jiān)聽服務(wù)、態(tài)勢顯示、表頁顯示、曲線顯示、狀態(tài)顯示等功能模塊和時間同步軟件組成，是各分系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)或運(yùn)行的基礎(chǔ)[4]。

系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用軟件設(shè)計如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用軟件設(shè)計框圖

5.2 軟件流程設(shè)計

根據(jù)目標(biāo)保障系統(tǒng)的工作要求，更好地達(dá)到海軍艦艇部隊訓(xùn)練目的，對軟件流程設(shè)計如下：

1)提取搜索雷達(dá)脈沖信號，并以此作為啟動信號。根據(jù)設(shè)置目標(biāo)運(yùn)動要求，由信號處理模塊按所需目標(biāo)距離、速度等特征產(chǎn)生搜索雷達(dá)的回波信號。

2)接收到跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)信號后，按設(shè)置的搜索雷達(dá)目標(biāo)運(yùn)動特征，產(chǎn)生火控雷達(dá)回波信號，并由天線發(fā)射回波信號，保證模擬的兩個雷達(dá)信號同步，運(yùn)動特征相同。

3)接收到制導(dǎo)指令的信號，作為導(dǎo)彈的零位信號，送給指令波段信號處理模塊，指令波段信號處理模塊按導(dǎo)彈運(yùn)動方程，產(chǎn)生導(dǎo)彈運(yùn)動模擬信號，通過天線發(fā)射。

4)系統(tǒng)通過計算導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對位置，模擬導(dǎo)彈與目標(biāo)交會過程。當(dāng)導(dǎo)彈與目標(biāo)距離小于100 m時，則停止發(fā)射各回波信號，模擬彈目交會，完成攔截訓(xùn)練過程。

5)所有運(yùn)動目標(biāo)距離都到1 km時，該題結(jié)束、全系統(tǒng)復(fù)位，進(jìn)入下一循環(huán)。

6)所有運(yùn)動目標(biāo)都與導(dǎo)彈交匯后，該題結(jié)束、全系統(tǒng)復(fù)位，進(jìn)入下一循環(huán)。

7)彈目交匯后，停發(fā)導(dǎo)彈應(yīng)答信號，導(dǎo)彈紅外燈復(fù)位，被交匯目標(biāo)復(fù)位到m1km(靜止)，其它模擬目標(biāo)繼續(xù)運(yùn)動。

8)導(dǎo)彈運(yùn)動到m2km后，停發(fā)導(dǎo)彈應(yīng)答信號，導(dǎo)彈紅外燈復(fù)位。

9)導(dǎo)彈模擬發(fā)射后，若超過n秒沒有收到導(dǎo)彈指令信號，停發(fā)導(dǎo)彈應(yīng)答信號，導(dǎo)彈紅外燈復(fù)位，所有目標(biāo)的繼續(xù)運(yùn)動。

10)后續(xù)導(dǎo)彈發(fā)射后，導(dǎo)彈紅外燈點(diǎn)亮，開始往下走(默認(rèn)導(dǎo)彈紅外燈在滑到中央處)。

軟件流程設(shè)計詳如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)軟件流程框圖

5.3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

為了保證該訓(xùn)練系統(tǒng)的保障真實(shí)性，以武器系統(tǒng)工作原理為基礎(chǔ)，對四方面關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計[5]。

1)目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)設(shè)置:通過操作界面可以設(shè)定目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)，包括：目標(biāo)批次、目標(biāo)間隔距離、目標(biāo)速度及目標(biāo)初始距離。

2)目標(biāo)運(yùn)動特性處理:按照設(shè)備設(shè)置要求，根據(jù)雷達(dá)脈沖信號的頻率信息，生成不同運(yùn)動特性的運(yùn)動參數(shù)，包括：目標(biāo)距離、運(yùn)動速度等。

3)信號處理:通過接收天線接收不同波段的雷達(dá)脈沖信號，提取雷達(dá)脈沖信號的相位、頻率信息，按設(shè)置可以產(chǎn)生不同間隔的多個啟始信號，作為多批目標(biāo)回波的啟始信號。

4)彈目交會處理:通過判決彈目交會情況，為信號模擬提供停止信號。

判斷彈目交會是中止導(dǎo)彈回波模擬、搜索雷達(dá)和火控雷達(dá)目標(biāo)回波模擬及停止紅外信號源的前提。即當(dāng)彈目交會后，武器系統(tǒng)將停止發(fā)送制導(dǎo)指令，結(jié)束作戰(zhàn)過程。因此要求模擬系統(tǒng)判斷彈目交會后，應(yīng)立即停止模擬導(dǎo)彈回波、搜索雷達(dá)和火控雷達(dá)目標(biāo)回波模擬，同時關(guān)閉目標(biāo)和導(dǎo)彈紅外信號燈電源。

6 保障實(shí)效

該訓(xùn)練保障系統(tǒng)研制完成后，先后在海軍不同艦隊配合作戰(zhàn)艦艇完成了某型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的防空反導(dǎo)訓(xùn)練及演練工作，工作科目包括單目標(biāo)攔截、同向多目標(biāo)攔截、目標(biāo)二次攔截及轉(zhuǎn)火打擊等。

過程中，該訓(xùn)練目標(biāo)保障系統(tǒng)能為某型導(dǎo)彈防空系統(tǒng)提供3個工作波段的雷達(dá)信號，可以正常按時序接收、模擬、延時轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)雷達(dá)信號及模擬紅外信號源，配合武器系統(tǒng)完成完整作戰(zhàn)過程。

7 結(jié)束語

本文針對艦艇部隊開展實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的實(shí)際需求，給出了基于傳感器信號模擬的某型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)訓(xùn)練保障系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)，對于其他作戰(zhàn)工作特點(diǎn)的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的訓(xùn)練保障系統(tǒng)建設(shè)有一定的指導(dǎo)和借鑒意義，為部隊科研單位開展相應(yīng)的保障建設(shè)工作提供思路及經(jīng)驗(yàn)。

該訓(xùn)練保障系統(tǒng)研制交裝后，配合實(shí)裝艦艇完成防空反導(dǎo)訓(xùn)練、演練任務(wù)，對操作人員水平提高和武器系統(tǒng)性能發(fā)揮有顯著的幫輔作用，開創(chuàng)了部隊利用電子靶標(biāo)進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的新模式。

參考文獻(xiàn):

[1] 吳 堅,郭齊勝,董志明,等.面向武器裝備需求論證的作戰(zhàn)任務(wù)體系生成技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2015.

[2] Yanushevsky R.現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)[M]. 薛麗華,范 宇,宋 闖 ,譯.北京:國防工業(yè)出版社,2013.

[3] 楊風(fēng)暴.紅外物理與技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

[4] 胡 斌.軍用軟件工程與實(shí)踐[M].北京:軍事科學(xué)出版社,2014.

[5] 胡文華，趙 喜，殷修生，等.某型火控雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬器設(shè)計與應(yīng)用[J].計算機(jī)測量與控制,2016，24(9):143-145.