（91851部隊(duì) 葫蘆島 125001）

1 引言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)外先進(jìn)反艦導(dǎo)彈已普遍應(yīng)用具有低截獲概率能力的相參雷達(dá)導(dǎo)引頭［1～4］?？己伺灴諏?dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)抗相參體制導(dǎo)引頭的能力，是未來航母艦艇編隊(duì)反艦導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)的迫切需求。傳統(tǒng)的靶載射頻輻射源主要由退役雷達(dá)導(dǎo)引頭改裝，發(fā)射功率過大，波形單一，波束較寬，其電磁輻射特性與主流反艦導(dǎo)彈差異明顯，不具備低截獲概率特征，難以完成艦艇編隊(duì)與低截獲概率導(dǎo)引頭之間的對(duì)抗性試驗(yàn)。

本文對(duì)低截獲概率雷達(dá)導(dǎo)引頭特征進(jìn)行了分析，提出了一種低截獲概率空靶射頻輻射源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，能較為逼真地模擬新型反艦導(dǎo)彈低截獲概率雷達(dá)導(dǎo)引頭的電磁輻射特性，有效提升電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)能力。

2 低截獲概率相參雷達(dá)雷達(dá)導(dǎo)引頭特征分析

低截獲概率（LPI）雷達(dá)定義為“雷達(dá)探測(cè)到敵方目標(biāo)的同時(shí)，敵方截獲到雷達(dá)信號(hào)的可能性概率最小”，即“看見但不被見”［5～7］。低截獲概率雷達(dá)普遍采用功率管理、寬帶及低副瓣、復(fù)雜波形、相參積累、一體化探測(cè)等技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國(guó)外反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭中。根據(jù)器件水平及武器展會(huì)上透漏的技術(shù)參數(shù)，分析美國(guó)“魚叉”Block 1型反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭基本性能如表1所示。

3 低截獲概率靶載射頻輻射源設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成及工作原理

低截獲概率靶載射頻輻射源主要由天線及伺服機(jī)構(gòu)、發(fā)射機(jī)、頻率綜合器、數(shù)字控制組合、電源組合六部分組成。頻率綜合器為系統(tǒng)提供全相參的射頻發(fā)射信號(hào)，由發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)制與放大，經(jīng)天線將射頻能量聚集成窄波束并向被試目標(biāo)輻射。數(shù)字控制組合是系統(tǒng)的控制核心，具有兩大主要功能，一是負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的功率管理、波形控制及編碼設(shè)置；二是根據(jù)載體與輻射目標(biāo)的相對(duì)位置關(guān)系，解算天線軸線與目標(biāo)的程序指向角，控制伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線對(duì)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。低截獲概率靶載射頻輻射源系統(tǒng)組成如圖1所示。

3.2 天線及伺服組合設(shè)計(jì)

3.2.1 天線設(shè)計(jì)

天線負(fù)責(zé)將輸入的高功率射頻能量聚集成窄波束向預(yù)定目標(biāo)輻射。由于輻射源體制只發(fā)不收的特點(diǎn)，天線設(shè)計(jì)為單一和通道天線。采用平板縫陣天線形式，它由天線陣面和饋電網(wǎng)絡(luò)兩層構(gòu)成［8～10］。

表1 美國(guó)“魚叉”Block 1型反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭基本性能分析

圖1 低截獲概率靶載射頻輻射源系統(tǒng)組成框圖

1）天線口徑的計(jì)算

按天線波束寬度計(jì)算公式：

其中λ為波長(zhǎng)；θ為天線波束寬度；K是常數(shù)，其數(shù)值與天線主波束的能量集中度有關(guān)，對(duì)于平板縫陣天線，按副瓣電平-20dB，K取1.2，由波長(zhǎng)λ和波束寬度θ可確定天線口面D。

2）天線增益的計(jì)算

按天線增益計(jì)算公式：

其中：η為天線效率，對(duì)于平板縫陣天線，通常取0.5，A為天線有效面積，λ是波長(zhǎng)，由此可確定天線增益。

3.2.2 伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

伺服機(jī)構(gòu)伺服機(jī)構(gòu)利用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)定位特性［11］，實(shí)現(xiàn)天線的搜索、扇掃、指向等功能，由步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、減速器和測(cè)角電位器組成。步進(jìn)電機(jī)選用2414S單軸二相步進(jìn)電機(jī)其供電電壓為18V～40V，步距角1.8°減速器采用60：1減速比，步進(jìn)電機(jī)的步距角可以通過該減速器轉(zhuǎn)換為天線的步進(jìn)角度為1.8′，具有較高的控制精度。測(cè)角電位器與天線同軸安裝安裝，用于測(cè)量天線相對(duì)于彈軸的角度位置。

天線及伺服組合具有起始、搜索和跟蹤三種工作狀態(tài)，其工作過程與真實(shí)反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭相吻合。射頻輻射源加電后處于起始狀態(tài)，天線在右極限位置（起始位置）；開機(jī)指令后處于搜索狀態(tài)，輻射源發(fā)射射頻信號(hào)，同時(shí)天線電軸在左右極限范圍內(nèi)搜索或在指定區(qū)域內(nèi)扇掃；開機(jī)若干時(shí)間（該時(shí)間可裝訂）后轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，根據(jù)天線軸向與預(yù)定目標(biāo)的方位偏差形成天線指向控制電壓，實(shí)施對(duì)目標(biāo)的方位跟蹤。

3.3 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

發(fā)射機(jī)主要由數(shù)控衰減器、固態(tài)功率放大器、電源調(diào)制器、檢波器、輸入輸出隔離等組成。固態(tài)功率放大器采用兩級(jí)體制，第一級(jí)選用增益22dB、輸出功率200mW的單片，工作電流0.3A；第二級(jí)選用增益20dB、輸出功率達(dá)14W的功率單片，工作電流4.5A。衰減器可以對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行步進(jìn)衰減，實(shí)現(xiàn)50dB的輸出動(dòng)態(tài)范圍，滿足低截獲雷達(dá)功率精確控制要求。電源調(diào)制器完成單脈沖、線性調(diào)頻、二項(xiàng)編碼等波形的調(diào)制。檢波器進(jìn)行功率檢波，并將輸出功率數(shù)據(jù)通過遙測(cè)信道下傳，用于試驗(yàn)結(jié)果分析。

3.4 頻率綜合器設(shè)計(jì)

頻率綜合器為導(dǎo)引頭提供全相參的射頻發(fā)射信號(hào)，采用寬帶直接數(shù)頻率合成（DDS）技術(shù)，模擬常規(guī)脈沖雷達(dá)、重頻抖動(dòng)、重頻參差、頻率捷變、線性調(diào)頻等多種體制雷達(dá)信號(hào)。

射頻信號(hào)源由基帶信號(hào)發(fā)生器、跳頻源、混頻器、濾波器組成?；鶐盘?hào)發(fā)生器采用AD9914產(chǎn)生。AD9914是一款帶12位DAC的直接數(shù)字頻率合成器（DDS），能夠產(chǎn)生高達(dá)1.4GHz的頻率捷變模擬輸出正弦波［12～13］，具有快速跳頻和精密調(diào)諧分辨率和快速相位與幅度跳躍功能。跳頻信號(hào)源采用內(nèi)置VCO的單片PLL集成電路HMC765LP6CE完成，按數(shù)字控制模塊的指令產(chǎn)生相應(yīng)的頻率與基帶信號(hào)混頻濾波后輸出至發(fā)射機(jī)。頻率綜合器原理如圖2所示。

圖2 頻率綜合器原理框圖

3.5 數(shù)字控制組合設(shè)計(jì)

3.5.1 數(shù)字控制組合硬件設(shè)計(jì)

數(shù)字組合采用FPGA+DSP架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通過雙向422串行接口1與空靶控制系統(tǒng)或地面測(cè)試系統(tǒng)交聯(lián)，獲取輻射源裝訂參數(shù)、控制指令、載體GPS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，送出反饋信息；通過單向422串行接口2裝訂射頻信號(hào)源的編碼參數(shù)；通過鎖存器向發(fā)射機(jī)送出6位功率控制碼；通過可編程器件直接生成波形控制碼；通過A/D獲取天線位置信息，并根據(jù)工作狀態(tài)和裝訂信息產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，通過線驅(qū)動(dòng)器送往步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。數(shù)字控制組合原理如圖3所示。

3.5.2 天線指向算法設(shè)計(jì)

隨著空靶運(yùn)動(dòng)，射頻輻射源天線軸向與預(yù)定目標(biāo)的相對(duì)角度不斷變化，空靶射頻輻射源要具有對(duì)預(yù)定目標(biāo)的瞄準(zhǔn)和定向輻射能力。輻射源天線與目標(biāo)位置如圖4所示。關(guān)在空靶發(fā)射坐標(biāo)系下，設(shè)空靶發(fā)射點(diǎn)坐標(biāo)為O（0，0），空靶射向?yàn)閄軸，目標(biāo)位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)為D（XD，ZD），目標(biāo)靜止（目標(biāo)速度相對(duì)于空靶的飛行速度可忽略），射頻輻射源天線基準(zhǔn)軸線與彈軸重合，空靶發(fā)射后T秒，空靶彈載慣導(dǎo)解算出空靶T時(shí)刻的坐標(biāo)為T（XT，ZT），則空靶射向相對(duì)于目標(biāo)的夾角：

考慮到空靶姿態(tài)的影響，設(shè)由空靶航向陀螺信號(hào)得其航向姿態(tài)角為φ2（在X軸左側(cè)設(shè)為正方向），則輻射源天線基準(zhǔn)方向相對(duì)于目標(biāo)的夾角：

圖3 數(shù)字控制組合電原理圖

圖4 輻射源天線軸向與目標(biāo)位置關(guān)系示意圖

3.6 電源組合設(shè)計(jì)

電源組合采用DC-DC變換器，將來自母線28.5V電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作所需的±15V、+5V等二次電源。

4 試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的有效性，進(jìn)行了多次飛行試驗(yàn)。試驗(yàn)中錄取的輻射源信號(hào)功率數(shù)據(jù)如圖5所示，天線程序指向角與同樣航路的雷達(dá)導(dǎo)引頭航控電壓對(duì)比數(shù)據(jù)如圖6所示。從圖5可見，射頻信號(hào)功率連續(xù)且可靈活控制。從圖6可見，程序指向角與航控電壓有很好的擬合，在最初10s，二者最大差值為0.44V（雷達(dá)導(dǎo)引頭航控電壓斜率為2.5V/°），換算成角度為0.18°；60s后雖然由于偏轉(zhuǎn)角增大造成一定的非線性誤差，但最大角度小于1°，滿足角度穩(wěn)定跟蹤要求。

圖5 微波源輻射功率曲線

圖6 輻射源程序指向角與導(dǎo)引頭航控電壓對(duì)比曲線

5 結(jié)語

本文提出了一種低截獲概率空靶射頻輻射源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，較為逼真地模擬新型反艦導(dǎo)彈低截獲概率雷達(dá)導(dǎo)引頭的電磁輻射特性，構(gòu)建更為真實(shí)的反艦導(dǎo)彈攻擊態(tài)勢(shì)。