多功能電子靶標的相關研究（一）

電子戰靶場是和平時期的電子作戰戰場，也是和平時期檢驗和提高電子戰綜合實力的關鍵，其最主要的試驗任務就是在近於實戰的作戰電磁環境下檢驗電子戰裝備的作戰效能和作戰使用性，對電子戰裝備進行試驗與鑒定，同時可用於電子戰的作戰戰術研究和電子戰指戰員的訓練。

隨著現代戰爭中電子對抗日趨激烈，對武器裝備的抗干擾能力要求也越來越高，如何有效的提高國內武器裝備的抗干擾技術水平顯得尤為重要。由於外場試驗模擬戰場環境的可信度和逼真度高，武器系統最終的性能檢驗要在外場複雜的電磁環境試驗中進行，所以說提升武器系統在複雜電磁環境下的生存能力，改善武器系統在複雜環境下的探測能力迫在眉睫。

目前的靶標系統主要用於武器系統的定型試驗，靶標系統功能單一。本文介紹的多功能雷達靶標系統，不僅能用於武器系統的靶場定型試驗，而且兼顧用於靶場複雜電磁環境模擬，為電子戰靶場提供一定頻譜和調製樣式的電磁波輻射源。多功能雷達靶標系統在合理布站後能達到在時域上信號持續不斷、變化難測，具備動態性;頻域上密集重疊;空域上縱橫交錯;能量域上密度不均，具有對抗性的特點。多功能靶標系統針對特定被試武器裝備的專用對抗性設備建設需要，具備與欺騙源、雜訊源、誘餌源等設備對接的介面。

本文論述了多功能雷達靶標系統的設計和功能拓展能力。多功能雷達靶標系統研究的主要內容包括以下幾個方面:逼真的基帶信號模擬系統(產生線性調頻，非線性調頻，相位編碼，重頻抖動，頻率捷變，頻率分集等多種雷達信號樣式，具備多部雷達信號的分時合成能力)、變頻與頻綜系統(將基帶信號變頻至1GHz~18GHz,完成系統的寬頻帶覆蓋)、顯示與控制系統(完成多功能靶標系統的遠程組網與控制顯示功能)、伺服系統、天線系統(完成天線的高旁瓣增益功能)、發射系統、軟體系統(完成對雷達參數的設定、雷達信號的更新，雷達信號的載入和卸載、系統的監測與錄取，試驗參數、過程、工作狀態記錄的功能)。通過多功能雷達靶標系統再現逼真的戰場環境，完成對被試武器系統及被試電子戰設備的性能分析試驗。

多功能靶標系統的研製優先考慮對空軍和火箭軍突防作戰中威脅最大的三類雷達，包括地面三坐標遠程對空搜索雷達、近程防空雷達和導彈制導雷達。在頻段覆蓋的條件下，利用數字控制和軟體無線電技術可靈活控制的特點，在同頻段內也可兼顧模擬其他型號的雷達目標信號。多功能靶標系統主要功能如下:

a)作為被試武器系統實裝打靶的靶標進行打擊效果評估。此時設備較逼真地模擬特定雷達的信號形式及戰術使用方式，為被試武器系統攻擊提供目標。該使用方式可評估被試武器系統的打擊效果，檢驗其作戰效能。

b)用於被試武器系統訓練及戰法研究。機載被試武器系統發射前需要滿足一定的條件，這為戰術對抗提供了條件。多功能靶標系統同其他輻射源及干擾設備配套使用，為被試武器系統提供一個訓練和戰法研究的逼真信號環境，為被試武器系統在複雜威脅信號環境中戰法研究提供了手段。

c)構建複雜電磁環境。多功能靶標系統既可以逼真模擬敵重點雷達信號波形及空間掃描特性，又可以模擬其它雷達信號環境和千擾信號環境，構成複雜的電磁背景信號環境，為我電子對抗偵察、測向及定位裝備提供動態的訓練和試驗環境。

多功能靶標系統時域頻域分析

多功能雷達靶標系統需要模擬的雷達主要包括兩類:機械掃描雷達和相控陣體制雷達。對於機掃雷達，可以通過伺服子系統模擬天線掃描特性，由信號產生子系統模擬雷達的發射波形特性。對於相掃雷達，由於天線的掃描特性和發射波形特性都比較複雜，下面重點討論如何逼真地模擬相控陣雷達的工作波形和工作特性。

多功能相控陣雷達工作時，根據目標的遠近有多種脈衝序列的信號，可以單獨使用，也可交替變換組合使用，這些脈衝序列的載頻可以是單載頻，也可以進行脈間或脈組間頻率捷變，在每一脈衝內的調製方式可以採用單載頻、線性調頻信號或相位編碼調製信號。對應不同空域的目標，雷達可以調用不同的脈衝序列，根據相控陣雷達的工作特點，其信號波形需要在時域、頻域和空域上分別模擬。

多功能靶標系統時域模擬

相控陣雷達工作在邊掃描邊跟蹤模式時，工作波形與目標的空域有關，一般情況下，雷達將搜索空間分為低空區、中程區、遠空區和高遠角區，不同的區域威脅等級不同，雷達採用的波形也不同。低空區的威脅等級最高，採用的波形一般為多脈衝積累;其它區域採用單脈衝方式。

由於部分被試武器系統在試驗過程中，不能傳遞GPS位置數據，因此雷達靶標就無法根據目標的距離和位置信息，改變它的工作狀態和工作波形。在雷達波形設計時，使脈寬範圍、重頻範圍和頻率捷變範圍涵蓋雷達可能的變化範圍，這樣多功能雷達靶標工作時，可以設定幾種工作波形，通過定時器進行切換。多功能雷達靶標系統的時域波形參數範圍如下:

a)脈寬範圍:1-}-100 a s;

b)重頻範圍:100Hz-V l OkHz;

c)一次波束調度脈衝數量:1^}4個;

d)脈衝間隔:可變(小于波束調度時間)。

相控陣雷達時域波形圖如下:

相控陣雷達時域波形圖

相控陣雷達系統產生的信號主要是脈衝體制。通常以每秒λ個脈衝(pps)來描述雷達信號環境的複雜性，並用泊松分布來描述雷達脈衝的規律。即假定雷達脈衝寬度為T時，有k個脈衝重疊的概率為:

本系統中假定λ對於不同的脈衝寬度10萬脈衝/秒，即多功能雷達靶標產生的雷達信號密度為10萬脈衝/秒，可以計算出雷達脈衝在時域上分布的情況:

由上表可見，當雷達脈衝為lμs時，大約在90%的時間無信號。單個信號出現概率約為9%。兩個及兩個以上信號同時出現的概率不到千分之五。

多功能靶標系統頻域模擬

相控陣雷達信號的頻域特徵包括以下幾種。

a)線性調頻信號模擬:通過控制DDS模塊產生系統所需的線性調頻信號，信號的調製帶寬和調製規律均可以根據用戶的要求改變。根據國內外常用雷達的特徵，本系統設計的線性調頻信號帶寬範圍為1~400MHz。

b)頻率捷變信號模擬:一般情況下，雷達系統的最大捷變頻帶寬為400MHza在該頻段內設有間隔為1MHz的400個固定頻率點。系統工作時，根據頻率捷變規律實時計算頻率值，控制DDS模塊產生所需的雷達信號，頻率分布圖如下:

c)相位編碼信號:通過FPGA電路產生碼元寬度和碼形均可變的二相碼調製信號，控制DDS模塊產生基帶相位編碼信號，再由微波變頻電路實現1~18GHz的相位編碼信號。

2. 3多功能雷達靶標系統組成

多功能雷達靶標系統由一套控制系統、多套信號產生系統、多套通訊系統及多套輻射源組成。

系統按功能模塊劃分主要包括天饋線、發射、伺服、變頻與頻綜、信號產生、軟體、顯示與控制，另外還包括了相應的對外介面電路。系統組成框圖如下圖所示。

多功能雷達靶標系統的工作原理

多功能雷達靶標系統各部分的主要功能:

天線由多個頻段的天線組成，可配置兩種類型天線:一種類型是用於L, S, C頻段的拋物面天線，通過伺服控制具有扇掃、圓掃等多種掃描方式，用於完成L, S,C頻段脈衝雷達信號的旁瓣模擬;另一種類型是用於X, Ku頻段的雙彎曲賦形反射面天線，同樣具有扇掃、圓掃等方式，用於完成X, Ku頻段脈衝雷達信號的主瓣模擬。饋線由大功率環形器、定向禍合器、大功率鉸連和波導組成，將發射機輸出的信號傳輸到天線，同時對饋線內的傳輸功率和反射功率進行監測。

發射為高功率放大設備，對輸入激勵信號進行放大，輸出滿足要求的大功率信號。同時，控保電路實時監控發射機的工作狀態，並將數據傳送到計算機顯示。

信號產生不僅能模擬特定體制的雷達信號，而且能模擬多部以上的雷達環境信號(在滿足發射機占空比要求的前提下)，包括常規、頻率捷變(脈間捷變、脈組捷變)、頻率分集、脈衝壓縮(線性調頻、非線性調頻、相位編碼)、重頻抖動、重頻參差等體制雷達信號，用於檢驗被試武器系統的信號接收能力。為了能模擬頻率分集信號、非線性調頻信號和多相碼調製信號，系統中設置了獨立的高速D/A通道，可模擬上述特殊體制的雷達信號，同時該通道也可以模擬常規體制雷達信號，作為DDS通道的備份信號。

軟體系統是整個系統的控制和操作中心，設置和下載試驗需要的雷達信號參數，控制信號產生系統、伺服和發射工作，並對試驗參數進行錄取、保存和顯示。

顯示與控制完成系統控制、顯示、監視功能，對各子系統的狀態進行監視，並將監控信息、設備監視圖像等實時顯示和存儲。

下圖為其中一個頻段的工作原理框圖。

系統工作方式

常規靶標工作方式

本系統有多路獨立的信號產生電路，頻率範圍可覆蓋多個波段，每個波段含有兩個信號產生電路，具備互溶能力。多功能雷達靶標系統主要用於被試武器系統的靶場定型試驗，此時系統主要採用單部雷達模擬器方式。

單部雷達模擬器工作方式

戰場環境所需的時域特性主要通過基帶信號產生的多雷達信號合成實現。由一路信號產生電路輸出激勵信號，送高功率發射機，模擬單部雷達的工作波形和工作方式，工作波形可以是常規體制和特殊體制，也可以是多部雷達信號的合成，下圖為多部雷達信號的合成時序圖。

雷達脈衝合成時序圖

可擴展的工作方式

結合系統目前己有的設備量及部分預留的介面，重新進行系統配置或部分功能擴充的情況下，可生成以下幾種工作方式。

一部雷達模擬器加多路誘餌方式

多功能雷達靶標系統配置了相參信號源介面，可以組成一個標準的雷達模擬器和多個誘偏源系統。主控計算機通過控制多路誘餌信號的相位、延時量等相關參數，實現對被試武器的誘偏功能。

多功能雷達靶標系統在工作過程中主瓣/副瓣雷達模擬輻射源(主站)信號完全相參，誘餌站間信號可相參和不相參，主站信號和誘餌站信號可相參和不相參。在相參與非相參誘偏系統兩種工作模式的實現中，非相參實現較為簡單。而相參則要求誘偏系統自身保持相參輻射能力，或必須與雷達主瓣/副瓣信號保持相參輻射能力，對於具有快速捷變特性的電掃雷達信號輻射的保護，誘偏系統採用了統一基準源生成相同信號的方案，基準源和波形數據採用光纖射頻信號傳輸方式，誘餌信號可對雷達信號進行可靠的復現，並實現保護覆蓋，具體實現技術如下圖所示。

多功能雷達靶標系統選用二個基準源，當基準源選擇一個100MHz時鐘時，則系統是全相參的;當基準源選擇不同的100MHz時鐘時，則雷達主站和誘餌站不相參。誘餌站可以用相參源(即主站雷達信號源2，信號可展寬覆蓋雷達主/副瓣信號)，也可以用自身獨立的誘餌站信號源。

採用誘偏系統的目的就是要破壞被試武器系統的正常測角能力，途徑之一就是在地理位置上使誘餌與雷達拉開一定距離，並使多個輻射源(包括誘餌)的信號進入被試武器系統接收裝置後形成一個虛幻的等效假目標，致使被試武器系統沿著這個假目標進行導引攻擊，而最終不能擊毀雷達靶標或地面任何一個輻射源(誘餌)。

為保證各模擬器發射信號能同時到達被試武器接收機位置，需引入導前脈衝，通過對四路模擬器導前脈衝的延遲控制，控制發射脈衝的時差。導前脈衝時差控制首先根據理論航跡推算出入射角，然後根據模擬器位置、各模擬器延遲時間、被試武器發射時間計算出四個模擬器相對時差，系統根據測控網下傳被試武器位置信息進行修正。

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