盛永鑫 楊 露 陶成忠

(中國電子科技集團公司第三十八研究所 合肥 230031)

0 引言

高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機廣泛用于各類雷達場景模擬器的技術(shù)指標(biāo)測試驗證和復(fù)雜環(huán)境場景性能評價,它主要是完成高密度脈沖流下的頻率、幅度、脈沖調(diào)制和頻率捷變、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等復(fù)雜信號測量識別。它是一個專用測試設(shè)備,其本身的準(zhǔn)確性與可靠性將直接影響測試結(jié)果,直接影響相關(guān)武器裝備的質(zhì)量和作戰(zhàn)性能,必須引起足夠的重視。因此為了保證其準(zhǔn)確、可靠需開展計量,但它具有信號數(shù)量多、頻率范圍寬、瞬時帶寬寬、信號樣式復(fù)雜、信號密度高等特點,目前無相應(yīng)的計量方法,需要開展計量方法研究。[1-2]

1 計量方法研究

高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機,在一定頻率測量范圍、幅度測量范圍、分析帶寬、脈沖流密度下,具備脈沖調(diào)制、捷變頻、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等測量功能。其參數(shù)的計量包含常規(guī)參數(shù)和復(fù)雜信號的計量兩部分。其中,常規(guī)參數(shù)包括頻率、幅度等參數(shù);復(fù)雜信號包括捷變頻、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等信號形式。頻率、幅度等基本物理參數(shù)能溯源到國防最高計量標(biāo)準(zhǔn)。而頻率捷變、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等復(fù)雜信號參數(shù)的測量識別,是基于采用數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)學(xué)、統(tǒng)計分析學(xué)實現(xiàn)計量,屬于調(diào)制域的計量,該計量領(lǐng)域是全新的,沒有通用的、標(biāo)準(zhǔn)計量方法,一般采用一致性測試、相互驗證等比測驗證方法進行。

1.1 常規(guī)參數(shù)的計量

目前國內(nèi)在頻率、幅度等基本參數(shù)建立了相應(yīng)計量標(biāo)準(zhǔn),能滿足高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機計量需求。

通過帶外時基的信號發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號對高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機頻率測量能力進行計量;通過信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號利用功率計和標(biāo)準(zhǔn)衰減器對高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機幅度測量能力進行計量。具體溯源圖如圖1所示。

1.2 復(fù)雜調(diào)制信號的計量技術(shù)研究

高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機的高密度脈沖流下的脈沖調(diào)制和頻率捷變、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等的指標(biāo)計量常規(guī)需要提供滿足要求的激勵信號,一般有以下幾種方式提供激勵信號[3-4]:

實際作戰(zhàn)環(huán)境。這種方式需要架設(shè)多部雷達來發(fā)射多種信號,而且還需要在空基、地基、?；日鎸嵀h(huán)境中去,耗費大量時間、人力。雖然這是一種實際作戰(zhàn)環(huán)境的測試驗證方法,但是由于這種方法有復(fù)雜性大、成本高、信號真實特性及其容易受周圍環(huán)境和天氣等因素的影響等缺點,從而限制了它在計量校準(zhǔn)中的應(yīng)用。

基于通用測試儀器的模擬器。目前的矢量信號源、任意波形發(fā)生器等儀器可以利用它們的矢量調(diào)制能力完成數(shù)字信號到微波射頻信號的轉(zhuǎn)換,具備雷達場景復(fù)雜信號的產(chǎn)生功能。使用相關(guān)軟件來編輯雷達系統(tǒng)所需要的電磁環(huán)境,任意選擇雷達信號波形形式和各種參數(shù)的設(shè)定。同時,由于這些儀器使用通用接口,擴展性強,能在需要反復(fù)驗證接收信號準(zhǔn)確性時重復(fù)使用,基本參數(shù)可以直接計量,已經(jīng)廣泛在計量校準(zhǔn)等領(lǐng)域進行應(yīng)用。

近些年來,國內(nèi)在數(shù)字與矢量信號計量校準(zhǔn)做了大量的工作,制定并實施了《JJF 1128-2004矢量信號分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》《JJF(電子) 30301-2006數(shù)字及矢量信號發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》和《JJF 1174-2014數(shù)字信號發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》等。目前,部分計量技術(shù)機構(gòu)依據(jù)規(guī)范建立了各類數(shù)字及矢量測量儀器計量校準(zhǔn)裝置,使得數(shù)字及矢量測量儀器計量工作向前邁出了堅實的一步。關(guān)于數(shù)字與矢量信號計量校準(zhǔn)方法,規(guī)范中所用方法都沒有溯源到現(xiàn)有的基本量,現(xiàn)有測量標(biāo)準(zhǔn)都以目前指標(biāo)最高的儀器作為標(biāo)準(zhǔn)器具,就是用矢量信號分析儀校準(zhǔn)矢量信號發(fā)生器,反過來,又用矢量信號發(fā)生器校準(zhǔn)矢量信號分析儀,采用閉環(huán)互測[5-6]。

借鑒上述計量思路,利用物理和數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法,應(yīng)用雷達信號設(shè)計理論和雷達信號合成技術(shù),通過基于通用測試儀器的模擬器提供激勵信號,模擬高密度脈沖流下的脈沖調(diào)制和頻率捷變、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等的復(fù)雜調(diào)制信號,采用矢量信號分析儀和高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機比測驗證方式實現(xiàn)計量。

2 復(fù)雜調(diào)制信號計量裝置建立

采用基于通用測試儀器的模擬器提供激勵信號,將激勵信號功分,一路給高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機,一路給矢量信號分析儀。將矢量信號分析儀測試結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值,來驗證高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機測量結(jié)果準(zhǔn)確性,從而到達計量目的。

高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機,在一定頻率測量范圍、幅度測量范圍、分析帶寬、脈沖流密度下,具備脈沖調(diào)制、捷變頻、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等測量識別功能。這些需求決定了采用基于通用測試儀器的模擬器屬于復(fù)雜信號產(chǎn)生設(shè)備,目前國內(nèi)外儀器廠商如是德、R&S、中國電科41所、成都玖錦等都生產(chǎn)相關(guān)儀器。是德的E8267D、R&S的SMW200A、中國電科41所1465-V等矢量信號發(fā)生器,采用各自的信號產(chǎn)生軟件能產(chǎn)生符合要求的單通道的信號。在信號采集分析上是德的N9030B、R&S的FSW系列、中國電科41所4052系列、成都玖錦PSA5000A等信號分析儀具備捷變頻、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相、重頻參差等信號測量功能。故路徑是可行的。擬采用R&S公司儀器搭建計量裝置。具體原理框圖如圖2所示[7-10]。

圖2 校準(zhǔn)裝置溯源組成框圖

SMW200A第三代矢量信號源能將將真實雷達場景搬進實驗室,載波頻率最高可達44GHz、具有雙通道輸出功能,帶寬最大2GHz、DAC采樣率2.4Gs/s、bit位高達14bit、無雜散動態(tài)范圍大于55dB、存儲空間最大2GB,可存儲相當(dāng)長的波形。如通過PDW脈沖描述字的方式產(chǎn)生脈沖波形,能夠大大擴展了可用波形的時間長度。結(jié)合Pulse Sequence軟件,可以方便地產(chǎn)生寬帶雷達信號,自由定義信號的時域、頻域以及調(diào)制信息。能夠產(chǎn)生的雷達信號包括脈沖、多普勒、脈沖壓縮(線性調(diào)頻、巴克碼、PSK、MSK…)、連續(xù)波調(diào)頻以及捷變頻(跳頻)信號。

FSW第四代信號分析儀,真正三合一的雷達系統(tǒng)分析利器,可實現(xiàn)2GHz超寬帶雷達信號分析,單臺頻率范圍可覆蓋2Hz～67GHz,內(nèi)置雷達分析軟件實現(xiàn)脈沖信號參數(shù)自動測量,獨特的捷變頻雷達信號分析軟件FSW-K6,獨特的連續(xù)波雷達信號分析軟件FSW-K60,可以方便地分析信號的時間參數(shù)、功率參數(shù)、頻率及相位參數(shù),針對脈寬、周期、上升沿、下降沿、過沖、頂降等脈沖參數(shù)進行分析,針對線性調(diào)頻的調(diào)頻周期、調(diào)頻帶寬、調(diào)頻斜率、線性度、相位特性進行分析,還能夠分析跳頻信號的跳頻圖譜、頻率、電平、時間準(zhǔn)確度等。

矢量信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生復(fù)雜的寬帶矢量調(diào)制信號,再結(jié)合相應(yīng)的模擬信號編輯軟件,可具備PDW自定義功能,產(chǎn)生復(fù)雜脈沖信號,為本裝置溯源提供技術(shù)支撐。信號分析儀等儀表具備矢量信號的測量能力,可對一定量的矢量信號進行采集、分析處理,且提供信號分析的二次開發(fā)功能,可為本標(biāo)準(zhǔn)提供比測驗證設(shè)備支持[11]。

矢量信號分析儀具有高精度接收機,硬件指標(biāo)可溯源至國家計量標(biāo)準(zhǔn)或NIST。內(nèi)部帶有一系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及信號算法,此類算法作為標(biāo)準(zhǔn)算法,受到業(yè)內(nèi)公認;另一方面,用于本校準(zhǔn)裝置的比測,面對高脈沖密度流下的復(fù)雜信號,需采用信號分析儀的測量分析軟件對采集到的復(fù)雜信號進行解析,達到比測驗證的目的。

3 實驗驗證

結(jié)合高密度脈沖流狀態(tài)下的復(fù)雜信號測量識別的計量技術(shù)研究,開展基本波形片斷的驗證典型狀態(tài)選取等研究,最終實現(xiàn)利用基于通用測試儀器的模擬器產(chǎn)生高密度脈沖流環(huán)境下的復(fù)雜信號,同時利用信號分析儀和校準(zhǔn)裝置對復(fù)雜調(diào)制信號進行比測驗證,驗證復(fù)雜調(diào)制信號測量準(zhǔn)確性,實現(xiàn)高脈沖密度流下復(fù)雜調(diào)制信號計量。

根據(jù)計量需求,選取基本波形片斷具體如表1所示,組合成典型狀態(tài),利用Pulse Sequence軟件進行仿真并完成高密度脈沖流狀態(tài)下的復(fù)雜調(diào)制信號建立,并下載到SMW200A中,產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制信號,利用FSW和高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機進行信號測量驗證分析,通過兩者比測驗證達到計量效果。

表1 基本波形片斷表

選取載頻2GHz,脈沖密度流50萬/s,帶寬為0.5GHz下,基于脈沖調(diào)制信號、捷變頻、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等基本波形片斷的復(fù)雜調(diào)制信號,進行實驗驗證,測試數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。通過實驗結(jié)果表明,該方法可行,解決高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機高脈沖流密度下脈沖調(diào)制、捷變頻、脈內(nèi)調(diào)頻、脈內(nèi)調(diào)相等測量功能計量。

表2 驗證測試數(shù)據(jù)結(jié)果

為了進一步驗證校準(zhǔn)裝置性能,在上述實驗條件下,增加性能相當(dāng)?shù)男盘栐捶治鰞x4052、PSA5000A進行比測驗證,比測驗證數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。以3種信號分析儀測試數(shù)據(jù)平均值為標(biāo)準(zhǔn)值,實驗分析表明,裝置測試一致性較好。

表3 比測驗證驗證數(shù)據(jù)結(jié)果

4 結(jié)束語

利用數(shù)字與矢量信號計量校準(zhǔn)思路,建立了基于通用測試儀器的復(fù)雜調(diào)制信號計量裝置,以矢量信號發(fā)生器產(chǎn)生基于基本波形片斷的高密度脈沖流下復(fù)雜調(diào)制信號為激勵,采用矢量信號分析儀和高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機比測驗證,實現(xiàn)對高密度脈沖流復(fù)雜調(diào)制信號測量接收機計量。由于采用了通用測試儀器,其具備信號樣式編輯模擬等功能,該方法具有通用性,可以應(yīng)用到復(fù)雜電子環(huán)境的模擬及驗證等領(lǐng)域測試計量。