王昱輝 漆先虎

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

針對(duì)對(duì)空搜索雷達(dá)實(shí)施電子干擾是軍用飛機(jī)、彈道導(dǎo)彈等常用的突防手段[1]。由于搜索雷達(dá)天線波束寬度的典型值約為1～3°，所以雷達(dá)天線旁瓣寬度遠(yuǎn)大于主瓣寬度，且目標(biāo)回波與干擾信號(hào)的入射方向不一定相同，故大部分干擾信號(hào)從天線旁瓣進(jìn)入雷達(dá)中[2]。為了使得雷達(dá)不受旁瓣方向的低占空比干擾信號(hào)的影響而產(chǎn)生了旁瓣匿影系統(tǒng)。

1 旁瓣匿影的工作原理

雷達(dá)旁瓣匿影技術(shù)是一種用于抑制從雷達(dá)旁瓣進(jìn)來的假目標(biāo)等欺騙性干擾的技術(shù)。雷達(dá)旁瓣匿影系統(tǒng)的基本原理圖如圖1所示。系統(tǒng)除了雷達(dá)主天線和主通道之外，增加了一個(gè)參考天線和一個(gè)輔助通道。對(duì)參考天線的要求是其增益略大于雷達(dá)天線的任何旁瓣增益而遠(yuǎn)小于雷達(dá)天線主瓣增益，輔助通道一般與主通道相同[3]。基本工作原理是：在正常工作時(shí)，目標(biāo)反射信號(hào)從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入雷達(dá)，主通道輸出信號(hào)比輔助通道輸出信號(hào)大，比較器輸出為“1”，門限電路打開，雷達(dá)完成正常的檢測(cè)工作。當(dāng)干擾信號(hào)從雷達(dá)天線旁瓣進(jìn)入雷達(dá)時(shí)，輔助通道輸出信號(hào)大于主通道輸出信號(hào)，比較器輸出為“0”，門限電路關(guān)閉，起到旁瓣匿影效果。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備量小，性價(jià)比高[4]。

圖1 旁瓣匿影系統(tǒng)基本原理圖

2 加裝旁瓣匿影設(shè)計(jì)

在原雷達(dá)系統(tǒng)大時(shí)寬脈沖壓縮、變頻等多種抗干擾體制或抗干擾手段的基礎(chǔ)上，基于目前的技術(shù)狀態(tài)和裝備硬件情況，增加搜索雷達(dá)旁瓣匿影抗干擾措施，提高雷達(dá)抗遠(yuǎn)程支援干擾的能力。在搜索天線上加裝參考天線及輔助接收機(jī)。參考回波經(jīng)信號(hào)處理機(jī)采樣處理，完成對(duì)目標(biāo)信號(hào)的校準(zhǔn)。搜索雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)軟件進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，在門限檢測(cè)時(shí)增加參考通道(輔助通道)門限處理，完成旁瓣匿影[5-6]。搜索雷達(dá)增加旁瓣匿影處理功能后，為保證旁瓣目標(biāo)可靠匿影的同時(shí)，主瓣目標(biāo)檢測(cè)損失影響最低，旁瓣匿影參考天線增益略大于搜索天線最大旁瓣而遠(yuǎn)小于搜索天線主瓣，且輔助通道中設(shè)置可調(diào)節(jié)的檢測(cè)門限，與搜索雷達(dá)自身的檢測(cè)門限和恒虛警門限配合，可最大程度降低因旁瓣匿影處理所帶來的檢測(cè)損失，同時(shí)可更好保護(hù)搜索雷達(dá)主瓣弱小目標(biāo)的檢測(cè)，對(duì)原雷達(dá)性能影響較小。

加裝旁瓣匿影后，搜索雷達(dá)組成框圖如圖2所示。

其中，參考天線和輔助接收機(jī)為加裝設(shè)備，對(duì)搜索信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行接口擴(kuò)展設(shè)計(jì)和軟件適應(yīng)性改進(jìn)。

2.1 參考天線設(shè)計(jì)

受原搜索雷達(dá)尺寸影響，新增的參考天線只能利用雷達(dá)搜索天線系統(tǒng)的剩余結(jié)構(gòu)空間合理放置，結(jié)構(gòu)布局成為影響參考天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。原搜索雷達(dá)天線衰減器波導(dǎo)端面與天線罩之間存在一狹長(zhǎng)區(qū)域可用于安裝參考天線，如圖3所示，參考天線可在該結(jié)構(gòu)尺寸條件下進(jìn)行最優(yōu)的電性能設(shè)計(jì)。

圖3 參考天線安裝區(qū)域

參考天線采用饋線直接耦合的多層微帶天線形式，其幾何結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。水平極化，陣面由6個(gè)單元組成一維線陣，其中方位維1單元，俯仰維6單元，能夠滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

圖4 饋線直接耦合多層微帶分層幾何結(jié)構(gòu)示意圖

參考天線采用鋁板作為背板固定天線，背板一側(cè)設(shè)計(jì)四個(gè)緊固塊，上面開有和搜索天線波導(dǎo)法蘭相同直徑的螺釘孔，這樣可以利用搜索天線原有的螺釘將參考天線背板進(jìn)行固定，既充分利用原有器材又能節(jié)省空間，保證了參考天線的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)安裝。

原搜索天線正常工作時(shí)，其天線陣面安裝基座采用了13.5°的上仰角度，參考天線受結(jié)構(gòu)安裝尺寸限制，采用與原搜索天線保持陣面平行安裝方式。為保證參考天線在水平0°～15°保持其法線指向?yàn)?.5°，參考天線通過改變不等相饋電實(shí)現(xiàn)電掃6°。經(jīng)過工程設(shè)計(jì)后，參考天線滿足系統(tǒng)需求。參考天線接口為一個(gè)SMA射頻接口，用于將接收的回波信號(hào)傳輸給輔助接收機(jī)。經(jīng)過設(shè)計(jì)與仿真，參考天線方位維方向圖與搜索天線方向圖相對(duì)關(guān)系對(duì)比圖如圖5所示[7-8]。

圖5 方位維參考天線與搜索天線方向圖相對(duì)關(guān)系

2.2 輔助接收機(jī)設(shè)計(jì)

輔助接收機(jī)主要用于搜索雷達(dá)進(jìn)行旁瓣匿影處理時(shí)，對(duì)參考天線回波信號(hào)進(jìn)行下變頻處理和線性放大，其設(shè)計(jì)采用成熟技術(shù)，電氣原理上與原搜索雷達(dá)收發(fā)模塊接收部分保持一致，對(duì)結(jié)構(gòu)和電氣接口進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)使用需求。

輔助接收機(jī)主要構(gòu)成為接收通道，包括低噪放、下變頻、中頻放大以及相關(guān)電源等電路，工作示意圖如圖6所示。

圖6 輔助接收機(jī)工作示意圖

輔助接收機(jī)以來自一分二功分器的一路信號(hào)作為本振信號(hào)，與從參考天線接收到的射頻信號(hào)一起進(jìn)入混頻器，下變頻后獲得的中頻信號(hào)經(jīng)濾波、三級(jí)放大、再濾波后輸出到搜索信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行采樣處理。其工作原理框圖如圖7所示。

圖7 輔助接收機(jī)原理框圖

輔助接收機(jī)安裝于搜索雷達(dá)電子箱校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)16功分器背面空余空間處，既合理利用了空間，又不影響其它系統(tǒng)，其安裝位置與參考天線間距不足30cm，減小了射頻回波傳輸損耗。

輔助接收機(jī)電氣接口設(shè)計(jì)主要包括以下接口：

1)供電：DC 10v，九芯插座連接，由搜索前置功放模塊供電輸入提供；

2)本振信號(hào)輸入：來自一分二功分器，SMA同軸電纜連接，頻綜輸出本振經(jīng)一分二功分器后，一路連接到輔助接收機(jī)，另一路連接到前置功放模塊；

3)射頻信號(hào)輸入：來自參考天線，SMA同軸電纜連接；

4)中頻信號(hào)輸出：SMA同軸電纜連接，輸出到搜索信號(hào)處理機(jī)采樣處理板。

經(jīng)過工程設(shè)計(jì)后，輔助接收機(jī)的達(dá)到的主要技術(shù)參數(shù)滿足系統(tǒng)需求。

2.3 信號(hào)處理機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

搜索雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)由3塊6UcPCI板卡構(gòu)成。一塊是全局控制板，主要完成對(duì)外通訊以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理、控制等工作；一塊為定時(shí)接口板，用于產(chǎn)生所有的定時(shí)信號(hào)和對(duì)外通信接口，主要包括CPI、PRF、頻綜定時(shí)信號(hào)、波控機(jī)定時(shí)信號(hào)、與頻綜通信信號(hào)、與波控機(jī)通信信號(hào)；一塊采樣處理板，用來AD采樣、數(shù)字下變頻、數(shù)字波束形成、數(shù)字脈沖壓縮、MTD、CM、CFAR、旁瓣匿影、點(diǎn)跡凝聚、接收通道幅相校正、發(fā)射通道相位校正等處理，最后獲得目標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果[9-11]。搜索雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)組成原理框圖如圖8所示。

圖8 搜索雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)組成原理框圖

對(duì)搜索雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)采樣處理板進(jìn)行接口擴(kuò)展設(shè)計(jì)和軟件適應(yīng)性改進(jìn)。增加1路輔助接收機(jī)通道信號(hào)輸入接口，用于旁瓣匿影功能的處理。原采樣處理板采用了三片ADS5272具備共24路AD處理能力，實(shí)際板卡僅使用了17路數(shù)據(jù)的AD采樣，包括16路收發(fā)系統(tǒng)中頻回波和1路相位測(cè)試中頻采樣處理。改進(jìn)設(shè)計(jì)后，采樣處理板將使用端子代號(hào)為1131.07-XP03：3的接口作為輔助接收機(jī)AD采樣通道進(jìn)行接入。

采樣處理板軟件上繼承大部分原有功能模塊，針對(duì)搜索雷達(dá)增加輔助接收機(jī)通道信號(hào)輸入等進(jìn)行軟件適應(yīng)性改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：18路數(shù)據(jù)的AD采樣、數(shù)字下變頻(DDC)、數(shù)字波束形成(DBF)、數(shù)字脈沖壓縮(DPC)、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)、雜波圖(CM)、單元平均恒虛警(CFAR)、和差單脈沖測(cè)俯仰角、點(diǎn)跡凝聚、發(fā)射相位校正、接收通道幅相校正。功能框圖見圖9所示。

圖9 采樣處理板功能框圖

3 旁瓣匿影效果測(cè)試

在信號(hào)源輸出干擾信號(hào)條件下，首先關(guān)閉搜索雷達(dá)旁瓣匿影功能，在搜索空情終端PPI界面上觀察搜索雷達(dá)干擾點(diǎn)跡，通過調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出幅度到合適數(shù)值，以使旁瓣方向(即信號(hào)源方向以外)存在大量干擾。通過搜索空情終端控制搜索雷達(dá)開啟旁瓣匿影抗干擾功能，并調(diào)節(jié)旁瓣匿影門限，在搜索空情終端界面上觀察到旁瓣方向的干擾點(diǎn)跡被抑制，且旁瓣匿影門限越高，抑制的干擾越多。雷達(dá)在關(guān)閉旁瓣匿影時(shí)檢測(cè)到的目標(biāo)，當(dāng)打開旁瓣匿影時(shí)也能檢測(cè)到。圖10為從搜索空情終端看到的干擾與匿影效果對(duì)照?qǐng)D。

圖10 搜索空情終端看到的干擾與匿影效果對(duì)照?qǐng)D

4 結(jié)束語

本文利用雷達(dá)搜索天線系統(tǒng)的剩余結(jié)構(gòu)空間加裝了參考天線和輔助接收機(jī)以及對(duì)搜索雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)軟件進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，并且輔助通道中設(shè)置可調(diào)節(jié)的檢測(cè)門限與搜索雷達(dá)自身的檢測(cè)門限和恒虛警門限配合，從而在實(shí)現(xiàn)旁瓣匿影功能的同時(shí)可最大程度降低因旁瓣匿影處理所帶來的檢測(cè)損失。試驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計(jì)的旁瓣匿影效果顯著而且可更好保護(hù)搜索雷達(dá)對(duì)主瓣弱小目標(biāo)的檢測(cè)，對(duì)原雷達(dá)性能影響較小。目前存在大量的現(xiàn)役雷達(dá)不具備旁瓣匿影功能，可以根據(jù)需要，以本文為借鑒，加裝旁瓣匿影系統(tǒng)以提高雷達(dá)的抗干擾性能。