楊 輝，汪銘東

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直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 輝1，汪銘東2

（1. 海軍大連艦艇學(xué)院信息作戰(zhàn)系，遼寧大連 116018，2. 海軍705廠，廣東湛江 524000）

針對(duì)部隊(duì)缺乏高效、便攜式引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)功能檢測手段的急需，提出實(shí)裝機(jī)載應(yīng)答器模擬仿真的檢測方法，構(gòu)建了信號(hào)接收、延時(shí)、固態(tài)微波產(chǎn)生等5個(gè)模塊，設(shè)計(jì)了直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)引導(dǎo)功能的檢測。試用結(jié)果表明：該應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器檢測效率高、便攜性好、可操作性強(qiáng)，解決了直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)維修保障的難題。

引導(dǎo)雷達(dá) 應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器 引導(dǎo)功能檢測

0 引言

海軍水面艦艇搭載直升機(jī)遂行作戰(zhàn)、訓(xùn)練任務(wù)已呈常態(tài)化趨勢，艦載直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)擔(dān)負(fù)著任務(wù)過程中引導(dǎo)直升機(jī)的重要使命，其引導(dǎo)功能的好壞直接決定直升機(jī)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。因此，艦艇執(zhí)行重大任務(wù)前、等級(jí)修理后均需對(duì)其引導(dǎo)功能進(jìn)行檢測，以確保其處于良好工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的艦機(jī)實(shí)兵實(shí)裝協(xié)同配合檢測方法，存在組織協(xié)調(diào)難度大、檢測周期長、效費(fèi)比低等突出問題，多年來一直困擾部隊(duì)，在一定程度上制約了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力生成。

為此，本文設(shè)計(jì)了“直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器”（以下簡稱“應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器”），解決了非艦機(jī)協(xié)同條件下引導(dǎo)功能檢測的難題，滿足了直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)的維修保障需求。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)計(jì)的宗旨是從功能上完全模擬直升機(jī)機(jī)載應(yīng)答器，因此其設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)關(guān)注引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)工作原理和機(jī)載應(yīng)答器工作原理及應(yīng)答信號(hào)形式2點(diǎn)。

雷達(dá)天線輻射信號(hào)，直升機(jī)機(jī)載應(yīng)答器接收并發(fā)出應(yīng)答編碼脈沖信號(hào)，引導(dǎo)雷達(dá)組成及工作過程圖如圖1所示。

該應(yīng)答編碼信號(hào)由雷達(dá)天線接收并送至高頻濾波器、應(yīng)答接收機(jī)（RRB），經(jīng)過RRB的混頻放大檢波后再送到視頻碼抑制單元和視頻混合延遲單元，然后送至顯示器。在顯示器屏幕上便可清晰地顯示應(yīng)答編碼信號(hào)，從而可知直升機(jī)的位置及編碼信息，對(duì)直升機(jī)實(shí)施引導(dǎo)和識(shí)別[1]。

機(jī)載應(yīng)答器接收引導(dǎo)雷達(dá)輻射信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、分選和濾波等處理，而后加入直升機(jī)編碼信息，經(jīng)短暫延時(shí)后，發(fā)出符合要求的應(yīng)答編碼脈沖信號(hào)。應(yīng)答編碼信號(hào)頻率固定，編碼采用X位二進(jìn)制碼，形成Y種編碼狀態(tài)，且編碼信號(hào)在時(shí)間上與觸發(fā)脈沖同步。

圖1 引導(dǎo)雷達(dá)組成及工作過程框圖

1.2 設(shè)計(jì)思路

外場檢測中，應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器與被測雷達(dá)之間的布局如圖2所示。

艦艇?？看a頭，在距艦艇約0.3~1 km范圍內(nèi)選擇較為平坦、開闊地帶布放檢測設(shè)備，并使設(shè)備天線口對(duì)準(zhǔn)被測雷達(dá)方向，雙方開機(jī)即可開始作業(yè)[2]。因此，應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器在設(shè)計(jì)思路上要貫徹如下幾點(diǎn)：1）綜合考慮器件性能、運(yùn)行速度、整機(jī)功耗等指標(biāo)，確保設(shè)備可用可靠；2）小型化設(shè)計(jì)，保證設(shè)備便攜、易展開；3）良好的人機(jī)界面，保證設(shè)備易操作；4）電池供電量滿足設(shè)備野外使用要求；5）信號(hào)形式保證在頻率和編碼特點(diǎn)方面與實(shí)際機(jī)載應(yīng)答編碼信號(hào)一致；6）具有延時(shí)功能，保證在近距離條件下可對(duì)直升機(jī)作戰(zhàn)半徑內(nèi)的引導(dǎo)距離全距離檢測；7）設(shè)備本身具有自檢功能。

圖2 設(shè)備與被測雷達(dá)之間的布局圖

1.3 設(shè)計(jì)方案

基于上述考慮，應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的系統(tǒng)組成圖如圖3所示。主要包括引導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)接收模塊、信號(hào)識(shí)別與分選模塊、高精度信號(hào)延時(shí)模塊、應(yīng)答編碼信號(hào)產(chǎn)生模塊、主控制器、顯示和操控界面及相關(guān)輔助電路。

圖3 應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器系統(tǒng)組成圖

引導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)接收模塊，完成對(duì)直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)的有效接收。雷達(dá)信號(hào)被應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的15 dB定向喇叭天線接收，經(jīng)環(huán)形器、可變衰減器、限幅器等信號(hào)預(yù)處理送入由前置放大器和混頻器組成的微波放大單元，對(duì)信號(hào)進(jìn)行微波放大和下變頻，變頻后的中頻信號(hào)在中頻放大器進(jìn)行主放大，輸出信號(hào)送至信號(hào)識(shí)別與分選模塊。

信號(hào)識(shí)別與分選模塊，主要是精確提取波形產(chǎn)生模塊所需的觸發(fā)脈沖信號(hào)。此模塊是一個(gè)關(guān)鍵模塊，采用了3級(jí)信號(hào)分選與識(shí)別步驟，解決多徑效應(yīng)干擾和副瓣接收干擾導(dǎo)致的應(yīng)答錯(cuò)誤觸發(fā)問題。首先，利用門限檢測理論使中頻信號(hào)在比較器中與設(shè)置的接收門限值進(jìn)行比較，超過門限值，則比較器有輸出；其次，利用模板匹配和D-S證據(jù)理論相結(jié)合的方法，通過信號(hào)脈內(nèi)特征進(jìn)一步分選觸發(fā)脈沖信號(hào)；最后，采用最小觸發(fā)遮蔽方法，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和多次試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置了400 μs選通門，只選擇到達(dá)時(shí)間小于400 μs的信號(hào)，從而精確提取觸發(fā)脈沖信號(hào)[3-5]。

高精度信號(hào)延時(shí)模塊，主要模擬改變直升機(jī)的距離。一方面使應(yīng)答信號(hào)在引導(dǎo)雷達(dá)顯示器上的顯示遠(yuǎn)離地物雜波或者海浪雜波，便于清晰地分辨和識(shí)別；另一方面是通過與末端功率控制相關(guān)聯(lián)，模擬不同距離直升機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)作戰(zhàn)半徑內(nèi)的全距離引導(dǎo)功能檢測。信號(hào)識(shí)別與選通模塊提取的應(yīng)答觸發(fā)信號(hào)在延時(shí)碼的控制下通過延時(shí)模塊進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后信號(hào)作為應(yīng)答編碼信號(hào)產(chǎn)生模塊的觸發(fā)脈沖信號(hào)。

應(yīng)答編碼信號(hào)產(chǎn)生模塊，主要產(chǎn)生符合要求的應(yīng)答編碼信號(hào)。延時(shí)后的脈沖信號(hào)觸發(fā)波形產(chǎn)生模塊，在波形碼的控制下產(chǎn)生符合編碼要求的狀態(tài)碼，狀態(tài)碼分為控制微波產(chǎn)生模塊產(chǎn)生符合頻率要求的發(fā)射信號(hào)和啟動(dòng)微波放大模塊2路。微波放大模塊對(duì)應(yīng)答信號(hào)的放大量受功率碼的控制，功率碼在0~62 dB范圍可調(diào)，調(diào)節(jié)的大小與模擬直升機(jī)距離大小有關(guān)，距離越遠(yuǎn)功率碼值越大。微波放大模塊的輸出送至環(huán)形器，經(jīng)15 dB定向喇叭口天線朝直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)方向輻射，完成應(yīng)答[6]。

主控制器，是整機(jī)的核心，由可編程時(shí)序器件（FPGA）和單片機(jī)組成。單片機(jī)控制FPGA的運(yùn)行，而FPGA又控制著其他部分的時(shí)序操作。FPGA對(duì)設(shè)備面板按鍵信息（接收門限碼、功率碼、延時(shí)碼、波形碼）響應(yīng)，控制人機(jī)交互，確定狀態(tài)碼，傳遞自檢信號(hào)等。單片機(jī)控制設(shè)備的液晶顯示器顯示及FPGA的運(yùn)行[7,8]。

顯示面板的顯示如圖4所示，應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器的工作狀態(tài)一目了然。

自檢電路用于提高系統(tǒng)的可靠性。該自檢電路會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)頻率的自檢信號(hào)，逐步加入各級(jí)電路，對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行測試，及時(shí)判定自身的工作狀態(tài)。自檢正常，則顯示“正?！?；如出現(xiàn)故障，則顯示故障部位。

圖4 液晶顯示器顯示內(nèi)容

圖5 應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器外觀圖

2 設(shè)備特點(diǎn)

應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器樣機(jī)外觀如圖5所示。樣機(jī)在3所雷達(dá)修理廠及3艘艦艇上進(jìn)行了試用。試用結(jié)果表明應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器具有以下特點(diǎn)：1）檢測效率高。單次檢測時(shí)間從1 d降至1 h內(nèi)；2）便攜性好、操作性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。無需艦機(jī)協(xié)同，檢測作業(yè)在碼頭即可完成，且設(shè)備長時(shí)間通電運(yùn)轉(zhuǎn)無故障，可保障多裝備連續(xù)不間斷檢測作業(yè)，軍事意義重大。

3 結(jié)束語

本文采用實(shí)裝機(jī)載應(yīng)答器模擬仿真的檢測方法，綜合運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種便攜式直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生器，解決了非艦機(jī)協(xié)同情況下引導(dǎo)功能檢測的難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)役所有引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)功能的檢測，滿足了裝備等級(jí)修理后和艦艇執(zhí)行重大任務(wù)前引導(dǎo)雷達(dá)引導(dǎo)功能檢測的需求，明顯提高了維修保障效率，具有較高的軍事、經(jīng)濟(jì)效益。

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Design and Realization for Response Signal Generator of Helicopter Guide Radar

Yang Hui1, Wang Mingdong2

(1. Dept of Information Operation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China；2. 705 Factory of Naval, Zhanjiang 524000, Guangdong, China)

TN957

A

1003-4862（2018）09-0049-03

2018-5-7

楊輝（1980-），女，講師。研究方向：雷達(dá)信號(hào)處理。Email：huihui_207@163.com