李 龍 胡振平 萬 軍

(中國兵器裝備集團(成都)火控技術中心 成都 611731)

0 引言

作為防空火控雷達的單脈沖精密跟蹤雷達，是一種高跟蹤精度的單目標跟蹤雷達，是近程防御系統(tǒng)的關鍵設備。跟蹤雷達的收發(fā)通道主要由天線、TR組件、接收機、信號處理和頻率綜合器組成，TR組件是有源雷達發(fā)射子系統(tǒng)最重要的部件，其主要功能是實現(xiàn)激勵信號的功放、波束合成所需的相位控制和目標回波信號的低噪放，其性能直接影響整部雷達收發(fā)通道的穩(wěn)定性[1]。隨著跟蹤雷達設備使用年限的增加、貯存環(huán)境的不同以及工作溫度濕度的變化等因素的影響，可能出現(xiàn)連接器插頭插座松動、射頻插損增加以及結構零件變形(饋線駐波變化)等，易發(fā)生天線傳輸性能起伏、TR組件增益起伏、TR組件移相不確定和接收機增益起伏等不定情況，造成天線收發(fā)方向圖畸變、天線電軸指向精度、收發(fā)通道增益下降、幅相不穩(wěn)定以及數(shù)字和差性能降低，嚴重時可導致跟蹤雷達目標跟蹤性能。為使跟蹤雷達性能在其工作期間處于規(guī)定的技術范圍內，需相應手段定期或不定期地對收發(fā)通道工作狀態(tài)進行判斷、故障定位和排除，以確保跟蹤雷達全壽命周期性能優(yōu)良[2-4]。針對跟蹤雷達裝備保障需求，基于其自身資源，給出了一種收發(fā)通道共用的檢測網絡。通過某精密跟蹤雷達的系統(tǒng)凋試過程驗證了其有效性，經工程試驗數(shù)據(jù)分析表明此方法具有良好的工作效能。

1 通道檢測網絡組成

根據(jù)對跟蹤雷達設備保障任務實際需要，基于雷達自身資源的基礎上，給出了一種單脈沖跟蹤雷達收發(fā)通道共用的檢測網絡，其主要由天線、TR組件、接收機、信號處理和頻率綜合器等組成，如圖1所示。

圖1 收發(fā)共用通道檢測網絡組成示意圖

收發(fā)通道檢測網絡僅需在跟蹤雷達設備現(xiàn)有的收發(fā)通道(TR組件、接收機、信號處理和頻率綜合器)和天線之間嵌入一個基于耦合器、四功分器以及單刀雙擲開關等構建的檢測網絡，即可實現(xiàn)對收發(fā)通道工作于發(fā)射模式下通道幅、相和接收模式下通道幅、相四個參數(shù)的測量，無需額外的檢測通道且具備實時檢測的特點[5-7]。其中，耦合器集成于天線，可實現(xiàn)發(fā)射通道和接收通道檢測的復用，即發(fā)射通道檢測時，將經TR組件T之路輸出的測試信號耦合至檢測網絡，接收通道檢測時，將頻率綜合器輸出的測試信號經單刀雙擲開關和四功分器耦合至TR組件R之路；單刀雙擲開關和四功分器是收發(fā)通道檢測網絡的轉換核心，連接頻率綜合器、TR組件和接收機；頻率綜合器提供測試時序，并按時序生成發(fā)射通道和接收通道檢測所需的測試信號；接收機為測試信號提供接收通道，完成混頻、低噪放和中頻濾波處理；信號處理將來自接收機的IF(中頻)信號進行模數(shù)轉換、下變頻以及數(shù)字正交解調，分離出各通道的測試響應，獲得各通道的幅度與相位參數(shù)。

2 檢測原理及工作流程

2.1 發(fā)射通道幅相檢測

收發(fā)通道檢測時，頻率綜合器產生跟蹤雷達所需的測試時序，按測試脈沖的節(jié)拍生成測試信號，測試時序包括測試起始(PRF，為一個觸發(fā)脈沖信號)和測試信號(10μs)，且發(fā)射通道檢測和接收通道檢測的測試時序相同，如圖2所示。測試信號是跟蹤雷達收發(fā)通道檢測的關鍵，流經檢測網絡鏈路的各組成分機，在PRF前沿延時60μs觸發(fā)，與跟蹤雷達正常工作時的信號類同，采用單載頻信號形式。

圖2 測試時序示意圖

發(fā)射通道幅度、相位檢測時，測試信號流經檢測網絡鏈路各組成分機由頻率綜合器最后進入信號處理。發(fā)射通道檢測時，需TR組件T之路逐一工作在發(fā)射狀態(tài)獨立進行，以4#TR組件為例，發(fā)射檢測時4#TR組件T之路工作在發(fā)射狀態(tài)，其余TR組件T之路處于關閉狀態(tài)，測試信號沿圖3中加粗虛線方向進行。

圖3 發(fā)射通道幅相檢測工作流程示意圖

通道檢測開始時，頻率綜合器輸出檢測所需的測試時序，按照測試時序的節(jié)拍生成測試激勵信號。測試RF(射頻)信號入TR組件T之路經功率放大后，過TR組件T之路的測試信號經耦合器耦合之后，沿四功分器、單刀雙擲開關K1和K2，入接收機進行混頻、低噪放和中頻濾波處理后輸出IF信號至信號處理，信號處理對IF信號進行模數(shù)轉換、下變頻以及數(shù)字正交解調，獲得I、Q信號，分離出各通道的測試響應，通過計算逐一得到每個通道的發(fā)射幅相值，最終獲得每個通道的幅度與相位參數(shù)。在某精密跟蹤雷達的系統(tǒng)凋試過程中，實測了其發(fā)射通道幅相，檢測數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 實測發(fā)射通道幅相檢測數(shù)據(jù)

由發(fā)射通道的幅度、相位實測數(shù)據(jù)可看出，發(fā)射通道幅度檢測時，TR組件T之路近于飽和發(fā)射狀態(tài)，且四路發(fā)射通道鏈路所經檢測網絡硬件差別不大對幅度影響可忽略。四路發(fā)射通道工作正常時，發(fā)射通道測得的幅度值相差無幾(正常的四路TR組件T之路發(fā)射功率一致性較高)；若某一發(fā)射通道性能衰減或工作異常，此發(fā)射通道測得的幅度值會顯著下降。于此，將四路通道多次(取四次)發(fā)射通道檢測的幅度測量數(shù)據(jù)作相對歸一化處理取差值，考慮各發(fā)射通道的些許特性差異，依據(jù)合適門限(如-5dB)即可判定某一發(fā)射通道是否異常。幅度測量數(shù)據(jù)相對歸一化處理，取差值Δi

(1)

其中，i為通道號，取1、2、3和4；j為測量次數(shù)，取1、2、…、n；Eij為第i通道第j次幅度測量值；Δi為第i通道的差值。

2.2 接收通道幅相檢測

接收通道幅度、相位檢測時，測試信號流經檢測網絡鏈路各組成分機由頻率綜合器最后進入信號處理。接收通道檢測時，所有TR組件T之路處于關閉狀態(tài)、R之路處于工作狀態(tài)，以4#TR組件為例，接收檢測時4#TR組件R之路工作在接收狀態(tài)，測試信號沿圖5中加粗虛線方向進行。

圖5 接收通道幅相檢測工作流程示意圖

通道檢測開始時，頻率綜合器輸出檢測所需的測試時序，按照測試時序的節(jié)拍生成測試信號。測試RF信號沿單刀雙擲開關K1和四功分器，經耦合器耦合進TR組件R之路，再入接收機進行混頻、低噪放和中頻濾波處理后輸出IF信號至信號處理，信號處理對IF信號進行模數(shù)轉換、下變頻以及數(shù)字正交解調，獲得I、Q信號，分離出各通道的測試響應，通過計算逐一得到每個通道的接收幅相值，最終獲得每個通道的幅度與相位參數(shù)。在某精密跟蹤雷達的系統(tǒng)凋試過程中，實測了其接收通道幅相，檢測數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 實測接收通道幅相檢測數(shù)據(jù)

由接收通道的幅度、相位實測數(shù)據(jù)可看出，接收通道幅度檢測時，TR組件R之路接收增益一致性較高，且四路接收通道鏈路所經檢測網絡硬件差別不大對幅度影響可忽略。四路接收通道工作正常時，接收通道測得的幅度值相差不大；若某一接收通道性能衰減或工作異常，此接收通道測得的幅度值明顯降低。于此，將四路通道多次(取四次)接收通道檢測的幅度測量數(shù)據(jù)作相對歸一化處理取差值，依據(jù)合適門限(如-5dB)即可判定某一接收通道是否異常。

接收通道相位檢測與發(fā)射通道相位檢測過程略有不同，接收通道相位檢測時，無需控制TR組件R之路進行移相。在接收通道幅度測量正常狀態(tài)下，通過計算同一通道前后兩次實測相位的差值，依據(jù)合適門限(如8°)可判定某一接收通道TR組件R之路相位是否異常。由于接收通道相位檢測沒有經過相對相位測量，其檢測結果只供參考。故此，接收通道故障的判定應以幅度檢測結果為主，相位檢測結果可進一步證實故障狀態(tài)。

3 結束語

在對精密跟蹤雷達系統(tǒng)工作過程和原理研究分析的基礎上，針對某型跟蹤雷達收發(fā)通道狀態(tài)檢測判定，給出了一種收發(fā)共用的檢測網絡，基于相對幅相測量方式，在缺少標準數(shù)據(jù)的情況下，可實現(xiàn)對雷達設備狀態(tài)的快速、實時檢測。在某精密跟蹤雷達產品的調試過程中，實測結果表明，該收發(fā)共用檢測網絡的幅相測試，具有測試過程安全、操作簡單、故障快速定位等優(yōu)點，實現(xiàn)了一種低成本的測試保障手段，對裝備全壽命周期維護十分有益。