楊 輝 ,汪銘東
(1. 海軍大連艦艇學(xué)院信息系統(tǒng)系,遼寧大連116018;2. 海軍705廠,廣東湛江524000)
艦載直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)在日常維護(hù)、故障修復(fù)和等級(jí)維修之后,必須確保和直升機(jī)之間引導(dǎo)功能正常、引導(dǎo)距離滿足指標(biāo)要求,保證其處于良好的工作狀態(tài),否則會(huì)給直升機(jī)返航帶來安全隱患。現(xiàn)階段常用的檢測(cè)方法有三種:一是利用雷達(dá)的自檢功能,二是利用與其配套的機(jī)載應(yīng)答器,三是直接起飛直升機(jī)檢測(cè)。前兩種方法簡(jiǎn)單且易實(shí)施,但由于不具備延時(shí)和功率調(diào)節(jié)功能,檢測(cè)不全面、不系統(tǒng),而且無法檢測(cè)引導(dǎo)距離是否滿足指標(biāo)要求,可靠性低,實(shí)用性差;第三種方法檢測(cè)全面且系統(tǒng),但任務(wù)前直升機(jī)需要單獨(dú)飛行一個(gè)航次進(jìn)行聯(lián)通性檢查,組織協(xié)調(diào)難度大、費(fèi)用高、時(shí)效性差、存在安全隱患,一旦聯(lián)通性有問題很難判斷故障位置,需要大量技術(shù)人員排查,極大限制了部隊(duì)保障能力的形成與戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。為此,迫切需要研制一種便攜式檢測(cè)設(shè)備[1-2]。
“直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器”(以下簡(jiǎn)稱“應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器”)完全模擬了直升機(jī)機(jī)載應(yīng)答器的功能,通過產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)、延時(shí)信號(hào)和精確控制信號(hào)輻射功率,解決了無需直升機(jī)配合情況下的引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)功能檢測(cè)難題。
應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的系統(tǒng)組成框圖如圖 1所示。主要包含3個(gè)通道、6個(gè)模塊。3個(gè)通道即發(fā)射通道、接收通道、功率測(cè)量通道;6個(gè)模塊即信號(hào)接收模塊、信號(hào)識(shí)別分選模塊、高精度延時(shí)模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、主控制器模塊、功率測(cè)量模塊。
艦艇??看a頭,在距艦艇約300~1000 m范圍內(nèi)選擇較為平坦、開闊地帶布放檢測(cè)設(shè)備,并使設(shè)備天線口對(duì)準(zhǔn)被測(cè)雷達(dá)方向。引導(dǎo)雷達(dá)和檢測(cè)設(shè)備開機(jī),喇叭天線接收直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)輻射信號(hào),通過環(huán)形器進(jìn)入信號(hào)接收模塊,在接收模塊中進(jìn)行信號(hào)衰減、前放、混頻、中放等處理輸出至信號(hào)識(shí)別分選模塊;在信號(hào)分選模塊中通過門限檢測(cè)、脈內(nèi)特征分析、最小觸發(fā)遮蔽等方法,精確提取應(yīng)答觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)作用于延時(shí)模塊,高精度延時(shí)模塊對(duì)該信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)(該延時(shí)量可調(diào)),送入應(yīng)答編碼信號(hào)產(chǎn)生模塊;在該模塊中,利用固態(tài)微波產(chǎn)生器產(chǎn)生符合要求的應(yīng)答編碼信號(hào),經(jīng)微波放大器進(jìn)行功率放大,最后通過環(huán)形器送至喇叭饋源,輻射至被測(cè)雷達(dá)方向。
圖1 應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的系統(tǒng)組成框圖
圖2 延時(shí)及功率功率控制關(guān)系原理框圖
為了便于在300 m雷達(dá)近距離條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)200 km引導(dǎo)距離的等效檢測(cè),采用高精度延時(shí)與功率關(guān)聯(lián)控制技術(shù),其控制關(guān)系如圖 2所示。該技術(shù)主要在設(shè)備面板通過延時(shí)碼和功率碼按鍵調(diào)節(jié),F(xiàn)PGA響應(yīng)獲取,延時(shí)碼模擬直升機(jī)的距離,功率碼改變應(yīng)答信號(hào)功率[3-4]。同時(shí)系統(tǒng)還引入了波形存儲(chǔ)技術(shù),通過波形存儲(chǔ)的方式,最大程度地從信號(hào)形式、信號(hào)功率上完全模擬應(yīng)答信號(hào)。
延時(shí)模塊中延時(shí)tr=2R/c的大小由延時(shí)碼控制,其中R為雷達(dá)與直升機(jī)距離,c為光速。延時(shí)碼通過設(shè)備主機(jī)前面板的按鍵輸入距離信息,再由FPGA響應(yīng)獲得;延時(shí)模塊中設(shè)置振蕩頻率為 50 MHz,延時(shí)精度0.02 μs,對(duì)應(yīng)距離6 m,因此可以6 m為間隔模擬不同距離直升機(jī)。實(shí)際中在滿足雷達(dá)檢測(cè)要求的基礎(chǔ)上,為便于在被測(cè)雷達(dá)顯示器上觀察應(yīng)答信號(hào),在主機(jī)前面板按鍵設(shè)置中存儲(chǔ)了(0~200)km中12個(gè)代表性的距離值,以完成引導(dǎo)雷達(dá)對(duì)直升機(jī)200 km引導(dǎo)距離的等效檢測(cè)。
延時(shí)距離與功率衰減量的理論關(guān)系如式(1):
其中rjP、tG,λ,jP,jG,jR,γ分別為被測(cè)雷達(dá)接收信號(hào)功率、天線增益,工作波長(zhǎng)、檢測(cè)設(shè)備發(fā)射功率、天線增益、模擬直升機(jī)距離、加權(quán)系數(shù)(依環(huán)境確定)。依式(1),接收應(yīng)答信號(hào)功率rjP與模擬直升機(jī)距離成反比關(guān)系,若代入模擬直升機(jī)距離,可估算被測(cè)雷達(dá)接收信號(hào)功率[5]。
模擬直升機(jī)距離與應(yīng)答信號(hào)功率理論估算值與實(shí)際測(cè)量值比較如圖3所示。由于受外界環(huán)境因素的影響,實(shí)際測(cè)量值與理論計(jì)算值存在微小誤差,但誤差在3倍容差之內(nèi),為此可調(diào)節(jié)功率衰減值控制末端微波放大模塊中的微波放大量,保證模擬應(yīng)答信號(hào)與真實(shí)應(yīng)答信號(hào)在功率上一致。功率衰減值由功率碼控制,功率碼是通過主機(jī)前面板的按鍵觸發(fā),F(xiàn)PGA響應(yīng)獲得。當(dāng)檢測(cè)設(shè)備布放距離或者模擬直升機(jī)距離發(fā)生變化時(shí),則要相應(yīng)調(diào)整功率衰減碼,調(diào)節(jié)檔位為(0~62)dB,每檔位間隔2 dB,二者之間衰減調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示,典型距離檔位與具體衰減大小對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。若衰減值為奇數(shù),則選擇其臨近偶數(shù)值對(duì)應(yīng)檔位調(diào)節(jié)即可。
表1 模擬距離與接收應(yīng)答信號(hào)功率衰減關(guān)系表(衰減單位:dB)
圖3 理論估算值和實(shí)測(cè)值關(guān)系圖
圖4 模擬距離與應(yīng)答信號(hào)功率衰減關(guān)系圖
本文針對(duì)直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)——近距離條件下對(duì)直升機(jī) 200 km引導(dǎo)距離的等效檢測(cè)問題,采用了高精度延時(shí)與功率關(guān)聯(lián)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)在碼頭,通過改變?cè)O(shè)備模擬直升機(jī)距離,控制應(yīng)答信號(hào)發(fā)射功率,就可對(duì)引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)距離全面檢測(cè)的功能。多次試用結(jié)果表明,應(yīng)用該技術(shù)研制的應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)備操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、性能可靠,明顯提高維修保障效率,具有較高的軍事、經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。
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