趙嚴(yán)冰，張新立

(中國(guó)人民解放軍91336部隊(duì)，河北 秦皇島 066326)

0 引言

貼近實(shí)戰(zhàn)，構(gòu)設(shè)復(fù)雜逼真、分層分級(jí)、可調(diào)可控的電磁環(huán)境是試驗(yàn)訓(xùn)練的核心要求。目前在構(gòu)設(shè)雷達(dá)裝備試驗(yàn)訓(xùn)練電磁環(huán)境中，雷達(dá)有源干擾環(huán)境是重點(diǎn)內(nèi)容，但是由于缺乏針對(duì)性、相關(guān)性、實(shí)效性的雷達(dá)干擾環(huán)境有感監(jiān)測(cè)手段[1]，不能對(duì)特定信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量，無(wú)法獲得特定信號(hào)的特征參量，不能支撐構(gòu)建環(huán)境和預(yù)測(cè)環(huán)境的等效性評(píng)價(jià)，導(dǎo)致在雷達(dá)裝備抗干擾評(píng)估上難以準(zhǔn)確界定外界干擾環(huán)境對(duì)雷達(dá)的影響程度和影響機(jī)理，甚至在問(wèn)題溯源上，難以清晰判定是干擾所為、還是雷達(dá)固有缺陷所致，嚴(yán)重影響了試驗(yàn)鑒定和訓(xùn)練考評(píng)的科學(xué)性和權(quán)威性。

本文在分析試驗(yàn)訓(xùn)練任務(wù)詳細(xì)需求的基礎(chǔ)上，提出了一種用于岸基、艦載雷達(dá)的合作式有源干擾監(jiān)測(cè)方法,該方法可有效獲取基于受體有感干擾環(huán)境的功率、頻率、時(shí)間和特征參數(shù)，并進(jìn)行了典型配置條件的應(yīng)用驗(yàn)證。

1 雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)的需求分析

電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)是為了感知掌握電磁環(huán)境的狀態(tài)，采用與構(gòu)建電磁環(huán)境的信號(hào)特性相適應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)技術(shù)及方法，對(duì)各種或特定信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量的過(guò)程[2]。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)的適應(yīng)性和實(shí)效性，很重要一個(gè)環(huán)節(jié)就是電磁環(huán)境的動(dòng)態(tài)精確感知。雷達(dá)有源干擾環(huán)境監(jiān)測(cè)作為電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，就是要在雷達(dá)試驗(yàn)訓(xùn)練任務(wù)中準(zhǔn)確掌握特定雷達(dá)裝備所面臨有源干擾電磁環(huán)境在時(shí)域、空域、頻域和能域的特征和參數(shù)范圍。與雷達(dá)輻射源信號(hào)環(huán)境監(jiān)測(cè)不同，雷達(dá)有源干擾環(huán)境監(jiān)測(cè)不適用寬開(kāi)方式的“盲偵盲測(cè)”，這也是由雷達(dá)有源干擾信號(hào)的特點(diǎn)決定的，很重要的就是雷達(dá)有源干擾信號(hào)與雷達(dá)輻射源信號(hào)具有明顯的不同：

1)它只作用于特定的對(duì)象，信號(hào)樣式與干擾對(duì)象匹配；

2)在信號(hào)特征上，具有一定的隨機(jī)性，既有連續(xù)信號(hào)，也有脈沖信號(hào)，既有窄帶信號(hào)，也有寬帶信號(hào)；

3)干擾信號(hào)在時(shí)間、空間、能量上是不斷變化的，具有一定的人為因素；

4)對(duì)于特定的受體對(duì)象，干擾信號(hào)常常與目標(biāo)回波信號(hào)、雜波信號(hào)混合在一起。

因此，根據(jù)雷達(dá)試驗(yàn)訓(xùn)練任務(wù)需求，宜采用基于受體的有源干擾環(huán)境有感監(jiān)測(cè)方法，就是按照面向?qū)ο蟮乃枷?，從受體裝備角度出發(fā)，對(duì)不同類(lèi)型、不同來(lái)源的干擾信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以檢驗(yàn)電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)的敏感區(qū)域和雷達(dá)相關(guān)抗干擾性能指標(biāo)。這就需要實(shí)時(shí)采集特定雷達(dá)等效天線(xiàn)口面處的干擾信號(hào)，并對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行錄取分析。雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)存在一些難點(diǎn)問(wèn)題和特殊需求。

首先，雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)面臨一些工程技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題：

1)采集雷達(dá)有源干擾信號(hào)，需要架設(shè)在被干擾雷達(dá)的較近位置，在采集干擾信號(hào)的過(guò)程中，也會(huì)受到雷達(dá)近場(chǎng)大功率發(fā)射信號(hào)的影響，以及其非設(shè)定干擾信號(hào)的影響，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行屏蔽對(duì)消處理[3]；

2)需要采集的雷達(dá)有源干擾信號(hào)可能來(lái)自于多個(gè)方向，特別是在平臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要對(duì)干擾接收進(jìn)行針對(duì)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)干擾方向的動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)，并且可以多方向接收；

3)采集雷達(dá)有源干擾信號(hào)，不可避免地會(huì)混合各類(lèi)其它信號(hào)，特別是在進(jìn)行燒穿距離試驗(yàn)時(shí)，目標(biāo)信號(hào)與干擾信號(hào)的功率大，需要進(jìn)行控制與隔離。

另外，雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)具有一些特殊的功能需求：

1)為了適應(yīng)不同環(huán)境條件、不同頻段的監(jiān)測(cè)需求，應(yīng)具備便攜式、可組合、模塊化、儀器化的能力；

2)信號(hào)監(jiān)測(cè)需要對(duì)到達(dá)被干擾雷達(dá)天線(xiàn)口面處的干擾信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和等效計(jì)算，對(duì)干擾參數(shù)和干擾樣式等進(jìn)行鑒別。

于是，卡夫卡這樣決絕地在日記中表示：“要不顧一切地、不惜任何代價(jià)地來(lái)寫(xiě)作，這是我為生存而進(jìn)行的戰(zhàn)斗?！盵11]536“我寫(xiě)作，所以我存在”?！霸谖疑砩献钊菀卓吹贸鲆环N朝著寫(xiě)作的集中。當(dāng)我的肌體中清楚地顯示出寫(xiě)作是本質(zhì)中最有效的方向時(shí)，一切都朝它涌去，撇下了獲得性生活、吃、喝、哲學(xué)思考，尤其是音樂(lè)的快樂(lè)的一切能力。我在所有這些方面都萎縮了?！盵11]536

鑒于雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)的需求和特點(diǎn)，需要在信號(hào)采集、信號(hào)選擇、參數(shù)測(cè)量、特征提取和特征分析等方面進(jìn)行方法和技術(shù)的創(chuàng)新。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)的需求，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要考慮以下三個(gè)基本原則：

1)雷達(dá)有源干擾監(jiān)測(cè)應(yīng)是一種“基于受體”的有感環(huán)境監(jiān)測(cè)，雷達(dá)有源干擾信號(hào)具有很強(qiáng)的對(duì)象匹配性，監(jiān)測(cè)布局需要就近伴隨被干擾對(duì)象，并結(jié)合被干擾對(duì)象的實(shí)際感知情況進(jìn)行分析測(cè)量;

2)雷達(dá)有源干擾監(jiān)測(cè)應(yīng)是一種“旁立式”的客觀(guān)監(jiān)測(cè)，以第三方監(jiān)測(cè)的方式為雷達(dá)干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)以及干擾效果評(píng)判提供客觀(guān)證據(jù);

3)雷達(dá)有源干擾監(jiān)測(cè)應(yīng)是一種“合作式”的監(jiān)測(cè)，充分利用試驗(yàn)訓(xùn)練中的合作信息，基于先驗(yàn)知識(shí)開(kāi)展精確監(jiān)測(cè)，基于實(shí)時(shí)協(xié)同，開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成配置原理圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理圖

信號(hào)接收單元微波前端采用便攜式、組合雙路設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 信號(hào)接收單元的雙路設(shè)計(jì)原理圖

圖3 干擾信號(hào)采集時(shí)序圖

信號(hào)處理單元采用前寬后窄方案，干擾通過(guò)多級(jí)變頻接收轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一中頻，為了滿(mǎn)足寬帶噪聲的采集，采用高中頻方案，干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)可變帶寬高速采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字IQ信號(hào)，干擾信號(hào)的采集需要接收采集控制信號(hào)以及內(nèi)部的觸發(fā)邏輯實(shí)現(xiàn)。數(shù)字IQ數(shù)據(jù)一路通過(guò)光纖輸出給信號(hào)存儲(chǔ)單元，在輸出時(shí)，亦采用觸發(fā)方式，只記錄非雷達(dá)發(fā)射周期內(nèi)的信號(hào)，并且在每次觸發(fā)之間的數(shù)據(jù)幀中添加時(shí)間戳，以表明連續(xù)數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間關(guān)系，另外一路輸出給信號(hào)分析單元。

信號(hào)分析單元用于信號(hào)的時(shí)頻分析，包括脈沖干擾和噪聲干擾判別、噪聲干擾帶寬估計(jì)、干擾信號(hào)的信道化測(cè)量、干擾信號(hào)的頻譜分析和干擾特征參數(shù)估計(jì)等。

信號(hào)存儲(chǔ)模塊用于高速數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)功能有助于對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行離線(xiàn)精細(xì)分析，從而滿(mǎn)足特定應(yīng)用環(huán)境下對(duì)影響明顯的干擾信號(hào)進(jìn)行深度分析和數(shù)據(jù)回放。

監(jiān)視控制模塊用于資源管理和控制，采用嵌入式遠(yuǎn)程控制模式，完成時(shí)間統(tǒng)一、信號(hào)采集存儲(chǔ)和測(cè)量控制等，包括干擾監(jiān)測(cè)模式選擇，監(jiān)測(cè)參數(shù)配置、顯示窗口設(shè)置和狀態(tài)顯示等，完成接收外部合作信息(時(shí)間、位置、狀態(tài)變化)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的閉環(huán)控制。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在具體應(yīng)用時(shí)，需要充分利用試驗(yàn)訓(xùn)練任務(wù)的先驗(yàn)信息。即在任務(wù)前，先測(cè)量獲得雷達(dá)的基本信息和雷達(dá)周?chē)h(huán)境的基礎(chǔ)信息，比如雷達(dá)脈沖信號(hào)近場(chǎng)電平、脈寬和周期，然后根據(jù)這些先驗(yàn)信息計(jì)算觸發(fā)電平、預(yù)觸發(fā)時(shí)長(zhǎng)度以及采集時(shí)長(zhǎng)。對(duì)干擾功率、目標(biāo)回波功率進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，對(duì)雷達(dá)附近的電磁環(huán)境進(jìn)行采集分析，剝離自擾、互擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)的影響，合理設(shè)置接收門(mén)限和頻率范圍；在任務(wù)中，根據(jù)任務(wù)的推進(jìn)情況，結(jié)合預(yù)設(shè)方案優(yōu)化監(jiān)測(cè)模式和參數(shù)；任務(wù)結(jié)束后，與雷達(dá)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)篩選。具體應(yīng)用模式包括實(shí)時(shí)感知模式和分析回放模式。實(shí)時(shí)感知模式支撐對(duì)抗雙方的效果評(píng)判，重點(diǎn)是干擾有無(wú)，干擾的頻率、功率，并能夠?qū)Ω蓴_樣式進(jìn)行初步評(píng)判。分析回放模式主要是對(duì)雷達(dá)干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)情況進(jìn)行整體評(píng)估，結(jié)合采集到的其它信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行考核評(píng)估，重點(diǎn)是干擾的頻率、功率的精確測(cè)量，干擾樣式分析識(shí)別，干擾信號(hào)品質(zhì)的比對(duì)等[4]。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)是寬帶采集技術(shù)和干擾信號(hào)測(cè)量分析技術(shù)。為了適應(yīng)不同頻段雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)的需求，需要綜合考慮工作帶寬、瞬時(shí)帶寬、采樣頻率和數(shù)據(jù)抽取率等的組合關(guān)系，保證寬帶信號(hào)的采集和測(cè)量要求，系統(tǒng)采用直接射頻采樣和可變帶寬中頻采樣方法，結(jié)合可編程數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)近似無(wú)損采集[5]。干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)需要結(jié)合一些先驗(yàn)知識(shí)，如雷達(dá)的波形參數(shù)，其次是對(duì)各類(lèi)干擾進(jìn)行預(yù)先分析和測(cè)量，分析各類(lèi)干擾信號(hào)在時(shí)域、頻域、時(shí)頻域、空時(shí)域和其它變換域上的特征參數(shù)，建立特征參數(shù)集，提取不同干擾樣式之間的細(xì)微特征區(qū)別，并建立模版庫(kù)，實(shí)現(xiàn)干擾樣式準(zhǔn)確識(shí)別。

3 監(jiān)測(cè)方法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證監(jiān)測(cè)方法的技術(shù)可行性，為樣機(jī)研制提供參考，筆者基于現(xiàn)有的條件搭建了驗(yàn)證環(huán)境，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)驗(yàn)證配置圖

試驗(yàn)驗(yàn)證基本原理如下：設(shè)置功率計(jì)觸發(fā)輸出電平為A1，雷達(dá)脈沖信號(hào)進(jìn)入功率計(jì)后，如果雷達(dá)脈沖信號(hào)S1高于所設(shè)置的觸發(fā)輸出電平A1，則功率計(jì)輸出觸發(fā)信號(hào)S2，此時(shí)信號(hào)S2與信號(hào)S1具有相同的脈寬和周期，波形比S1滯后t1，高電平為固定值A(chǔ)2。頻譜儀為外部觸發(fā)并設(shè)置觸發(fā)參數(shù)，則頻譜儀內(nèi)部生成觸發(fā)信號(hào)S3與信號(hào)S1具有相同的脈寬和周期，并且時(shí)間同步，設(shè)置頻譜儀為下降沿觸發(fā)，工作長(zhǎng)度為雷達(dá)脈沖信號(hào)的周期與脈寬的差值，則會(huì)生成頻譜儀內(nèi)部采集控制信號(hào)S4，所頻譜儀采集的信號(hào)即為所需信號(hào)。頻譜儀可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制在瞬態(tài)模式下進(jìn)行頻域、時(shí)域等測(cè)量分析[6]，產(chǎn)生的中頻信號(hào)送往高速記錄儀，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)內(nèi)利用其它工作軟件進(jìn)行時(shí)頻分析、精細(xì)測(cè)量和干擾識(shí)別等。

試驗(yàn)驗(yàn)證的基本步驟為：

l)雷達(dá)正常開(kāi)機(jī)觀(guān)測(cè)目標(biāo)，監(jiān)測(cè)驗(yàn)證系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，獲取初始化參數(shù)；

2)干擾模擬器產(chǎn)生不同類(lèi)型的干擾信號(hào)，實(shí)時(shí)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行干擾；

3)雷達(dá)接收干擾信號(hào)，進(jìn)行各種抗干擾操作，監(jiān)測(cè)驗(yàn)證系統(tǒng)接收干擾信號(hào)并進(jìn)行分析；

4)對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中，干擾模擬器分別產(chǎn)生了窄帶瞄準(zhǔn)、寬帶阻塞、掃頻干擾、閃爍噪聲、雜亂脈沖等類(lèi)型的干擾信號(hào)。掃頻干擾測(cè)試結(jié)果如圖5所示。通過(guò)驗(yàn)證表明：監(jiān)測(cè)方法的技術(shù)路線(xiàn)是可行的，同時(shí)需要重點(diǎn)完善干擾信號(hào)的采集功能，一是需要建立比較完善的觸發(fā)機(jī)制，包括觸發(fā)延時(shí)和預(yù)觸發(fā)的設(shè)置，以便能夠靈活調(diào)整信號(hào)的采集位置。二是需要建立兩級(jí)的保護(hù)措施，對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)需要事先采集，得出功率-時(shí)間變化曲線(xiàn)，然后根據(jù)功率變化情況調(diào)整參數(shù)，得出合適的觸發(fā)電平。干擾信號(hào)實(shí)時(shí)采集時(shí)也需要進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣進(jìn)行信號(hào)的調(diào)整，確保干擾信號(hào)的大動(dòng)態(tài)接收。

圖5 掃頻干擾測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)有源干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)對(duì)于準(zhǔn)確把握雷達(dá)裝備實(shí)際的干擾環(huán)境，準(zhǔn)確評(píng)估有源干擾對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響，準(zhǔn)確使用各種抗干擾措施具有重要的意義和作用[7]。本文針對(duì)雷達(dá)抗干擾試驗(yàn)訓(xùn)練中有源干擾信號(hào)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求，提出了一種“基于受體”的“協(xié)作式”有感環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案，搭建了驗(yàn)證系統(tǒng)，測(cè)試驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性，并提出了監(jiān)測(cè)方法改進(jìn)建議，可為后續(xù)的工程實(shí)踐提供方案依據(jù)。