李 亮，尹紅波，管 飛，張得才，陳 坤

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

電子偵察主要是為了獲取重要的軍事情報，利用偵察設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中提取敵方雷達信號的方位和頻率信息，明確敵方雷達的功能與用途[1-4]。電子干擾技術(shù)是根據(jù)電子偵察獲得的敵方雷達的工作參數(shù)，對敵方工作雷達進行反制干擾，因此電子偵察是電子對抗技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。

對于傳統(tǒng)的電子偵察系統(tǒng)而言，通常方案是由幾種組件裝配而成，各個組件需要獨立調(diào)試，主要缺點有： (1)工作頻段較窄；(2)通道一致性差；(3)集成度較低；(4)體積較大；(5)成本較高；(6)調(diào)試量較大。因此，對于高集成度小型化電子偵察干擾系統(tǒng)的需求日益增多。

本文介紹了一種小型化X波段電子偵察系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收發(fā)射部分、前端部分、方位測量部分、頻率測量部分、發(fā)射源部分和自檢源部分。另外在系統(tǒng)中采用集成化芯片，集成化芯片集成了限幅器、低噪聲放大器、數(shù)控衰減器以及開關(guān)等射頻芯片，極大程度地滿足了系統(tǒng)的高集成度要求。本電子偵察系統(tǒng)體積小，集成度高，性能優(yōu)越，可靠性高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 小型化電子偵察系統(tǒng)介紹

如圖1所示，小型化X波段電子偵察系統(tǒng)包括接收發(fā)射部分、前端部分、方位測量部分、頻率測量部分、發(fā)射源部分和自檢源部分。

圖1 小型化X波段電子偵察系統(tǒng)原理圖

接收發(fā)射部分包括依次連接的天線、自檢切換開關(guān)、接收發(fā)射切換開關(guān)；所述前端部分包括依次連接的帶通濾波器、限幅器、低噪聲放大器、功分器；所述方位測量部分包括依次連接的視頻檢波電路、方位測量電路；所述方位測量部分包括依次連接的單刀四開關(guān)、頻率測量電路；所述發(fā)射源部分包括依次連接的干擾源、干擾源切換開關(guān)；所述自檢源部分包括依次連接的自檢源、功分器。

小型化電子偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。

表1 小型化X波段電子偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 接收發(fā)射部分和前端部分介紹

4個天線將外部X波段范圍內(nèi)的信號接收至接收發(fā)射部分，如圖2所示。4路信號分別經(jīng)過自檢切換開關(guān)和接收發(fā)射切換開關(guān)后進入前端部分，其中自檢切換開關(guān)和接收發(fā)射切換開關(guān)集成在一起，電路可以在接收、發(fā)射、自檢3種狀態(tài)中動態(tài)切換。

由于電路集成度較高，微帶線在布局時產(chǎn)生沖突，此時需要采用射頻對穿技術(shù)，然而射頻對穿容易導(dǎo)致電路的失配。如圖3所示，通過HFSS建模仿真，最初的射頻對穿結(jié)構(gòu)駐波≥2.5，插損≥1 dB；通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真，射頻對穿結(jié)構(gòu)駐波≤1.5，插損≤0.3 dB，滿足電路使用。

接著4路信號分別經(jīng)過帶通濾波器、限幅器和低噪聲放大器后進入功分器，其中將2 W限幅器和低噪聲放大器集成在一起，有效改善了電路噪聲系數(shù)，提高了電路集成度。信號被功分器分為8路信號，其中4路信號進入方位測量部分，經(jīng)過視頻檢波電路后進入方位測量電路，最終提取出信號的方位信息；其中另外的4路信號進入頻率測量部分，經(jīng)過單刀四開關(guān)后進入頻率測量電路，最終提取出信號的頻率信息。由于系統(tǒng)對于各路的幅度一致要求很高，采用數(shù)控衰減器和單刀四開關(guān)集成芯片方案，有效改善了幅度一致性指標(biāo)。

1.2 方位測量部分介紹

圖2 接收發(fā)射部分電路圖

圖3 射頻對穿HFSS仿真

本系統(tǒng)采用四元天線比幅測向法，就是采用4個獨立的寬帶螺旋天線來產(chǎn)生4個獨立的毗鄰波束來覆蓋360°方位，這些天線采用相同的方向圖函數(shù)F(θ)，且均勻分布[5-6]。圖4所示是一個四元天線全向振幅單脈沖測向的原理框圖。圖中，相鄰天線的張角θs=360°/4，各個天線的方位指向分別為：

圖4 四元天線方向圖

Fi(θ)=F(θ-iθs)，i=0,1,…,3

(1)

每個天線接收的信號經(jīng)過各自振幅響應(yīng)為Ki的接收通道，輸出脈沖的對數(shù)包絡(luò)信號Si為：

Si=lg[KiF(θ-iθs)A(t)]，i=0,1,…，3

(2)

式中：A(t) 為雷達信號的振幅調(diào)制。

對同一雷達信號來說，總有1對相鄰波束分別輸出最強和次強的信號，通過比較這對相鄰波束輸出信號包絡(luò)幅度的相對大小，就可以確定外界信號入射角φ。

根據(jù)文獻可知，測向系統(tǒng)內(nèi)部噪聲會引起隨機誤差[7]，在四天線系統(tǒng)中，內(nèi)部噪聲引起的測向誤差Δφ為：

(3)

本系統(tǒng)中，要求隨機測向誤差在20°以內(nèi)。由于四元天線陣的天線方向圖以45°呈現(xiàn)對稱性和周期性，因此根據(jù)0°～45°的誤差分布規(guī)律，就可以分析出全部范圍內(nèi)的誤差情況。在入射角φ從0到45°變化的過程中，對于信噪比的要求越來越高：根據(jù)公式(3)可得出，如φ=0時，需要信噪比SNR>11 dB；φ=45°時，需要信噪比SNR>15 dB。

系統(tǒng)的靈敏度由帶寬和噪聲系數(shù)決定，靈敏度Smin由下式表示：

Smin=-114 dBm+10 lgB+FN+SNR

(4)

式中：-114 dBm為噪聲基底；B為信號帶寬(以MHz為單位)；FN為噪聲系數(shù)(以dB為單位)；SNR為信噪比(以dB為單位)。

由軟件計算可得，鏈路噪聲系數(shù)FN約為5.5 dB。X波段的信號帶寬為4 000 MHz，系統(tǒng)Smin為-55 dBm時，根據(jù)公式(4)計算得出SNR約為17.5 dB，滿足測向誤差要求。

1.3 頻率測量部分

本系統(tǒng)采用鑒頻法瞬時測頻，其測頻功能的核心是延遲線鑒相器組合電路以及編碼電路[8]。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖5所示：信號經(jīng)過功分器分為2路，一路經(jīng)過延遲線，一路直通。由于傳輸路徑不同，經(jīng)過傳輸以后信號相位會發(fā)生變化，2路之間會形成相位差，假設(shè)信號的頻率為f，若延時差為τ，則相位差為Δφ=2πfτ。接著通過平方率檢波器檢測將該相位信息轉(zhuǎn)換成幅值信息，最后通過后端的信號處理獲得信號的頻率。這樣就實現(xiàn)了雷達信號相位差到頻率的轉(zhuǎn)變。采用鑒頻法的瞬時頻率測量方式測量精度較高，響應(yīng)速度快，對應(yīng)的體積較小，可很好地滿足集成化要求。

圖5 干涉比相法瞬時測頻原理圖

1.4 發(fā)射源部分和自檢源部分

系統(tǒng)在獲取外部信號的方位以及頻率信息后，發(fā)射源部分的干擾源產(chǎn)生特征相同的干擾信號，分別經(jīng)過干擾源切換開關(guān)、接收發(fā)射切換開關(guān)、自檢切換開關(guān)后，由天線將干擾信號向外部發(fā)射。

自檢源部分由自檢源產(chǎn)生自檢信號，分別經(jīng)過功分器后分為4路信號，然后分別進入后面的主通路，以此檢查主通路工作是否正常。

1.5 實物及測試結(jié)果

通過電路系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了一種X波段小型化電子偵察系統(tǒng)的設(shè)計。如圖6所示，該電子偵察系統(tǒng)集成度高，體積小，重量輕。

圖6 小型化X波段電子偵察系統(tǒng)實物圖

電子偵察系統(tǒng)的實物測試結(jié)果如表2所示，測試結(jié)果表明該電子偵察系統(tǒng)達到了設(shè)計指標(biāo)的要求。

2 結(jié)束語

本文介紹了一種小型化電子偵察系統(tǒng)。在射頻電路上，該系統(tǒng)的射頻電路內(nèi)部采用了集成化芯片以及射頻對穿來提高集成度；在該系統(tǒng)內(nèi)部集成了接收發(fā)射部分、前端部分、方位測量部分、頻率測量部分、發(fā)射源部分和自檢源部分等電路功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)小型化，并且改善了系統(tǒng)的一致性指標(biāo)。小型化電子偵察系統(tǒng)的實用性和可靠性都比較強，因此有理由相信未來在電子偵察領(lǐng)域中會得到廣泛應(yīng)用。

表2 最終測試數(shù)據(jù)