大功率掃描信號的失真度分析及對ESM偵收的影響

王柏杉，楊連洪

（解放軍91404 部隊，秦皇島066001）

0 引 言

在電子戰裝備試驗訓練中，需要提供多信號、多方位、高密度的復雜電磁信號環境，而要形成這樣復雜的電磁環境，依靠大量的實裝雷達來構建是不現實的。利用外場大功率雷達信號環境模擬器模擬多部雷達，形成所需的復雜電磁環境是切實可行的。但是，所模擬的雷達信號逼真度是必須要考慮的問題，尤其對于模擬機械掃描雷達信號，所形成的掃描序列是否真實，對偵察機接收是否有影響是必須要考慮的問題。

1 雷達的掃描特性

雷達產生的掃描信號相對于電子戰偵察機來說，即為所接收信號的信號強度隨時間的變化。這是由于雷達天線波束的形狀及其相對于電子戰偵察機位置的運動變化引起的。偵察機所接收的雷達掃描信號的幅度隨時間變化，分析這些變化曲線形狀就可以確定雷達的波束寬度和掃描樣式。

搜索雷達的天線通常在方位上360°旋轉，進行圓周掃描，如圖1 所示，這時偵察機接收的是均勻間隔的主波束，主波束之間間隔等于圓周掃描周期。

扇掃雷達天線方位上在某一扇區內來回進行掃描，如圖2 所示。偵察機根據主波束間隔可以判斷扇掃周期，根據主波束間隔是否均勻可以判定是單向掃描還是雙向掃描。

圖1 圓周掃描信號

圖2 扇形掃描信號

2 掃描信號的失真度分析

機械雷達的掃描信號是通過天線的機械轉動實現的，由于天線的方向圖不同，天線轉動時形成的包絡也不相同。

雷達信號環境模擬器一般在一套轉臺上安裝幾個波段的天線，需要既模擬掃描雷達信號，又要模擬跟蹤雷達信號，況且模擬的多部掃描雷達掃描類型和掃描周期也不盡相同，所以不可能通過天線轉動進行模擬。

雷達信號環境模擬器通過以下幾個過程對掃描信號進行模擬：首先，通過頻率綜合器產生所需的調制脈沖序列；其次，根據所要模擬的天線特性，形成相應的天線方向圖；再次，根據天線方向圖以及掃描特性，通過調制器對脈沖幅度進行調制；最后，這些脈沖序列通過行波管放大器進行功率放大，經過天線輻射出去。形成這樣的脈沖序列，雖然雷達信號環境模擬器天線不轉動，始終對準偵察機天線，但從偵收到的脈沖序列角度看，就類似掃描信號。

下面是頻率綜合器輸出的一組掃描信號波形。

圖3 頻率綜合器輸出的一組掃描信號波形

圖3（a）模擬的是辛格函數方向圖，圖3（b）模擬圓周掃描信號，圖3 （c ）模擬扇掃描信號，頻率綜合器可以逼真地模擬雷達掃描信號。

但是，該掃描信號通過脈沖行波管放大器之后，由于放大器的特性決定了該掃描信號會發生改變。脈沖行波管放大器的放大特性如圖4 所示。

信號輸入功率在P1到P2之間，放大器處于線性區，輸出功率隨著輸入信號功率的增大而增大。信號輸入功率在P2到P3之間，放大器處于飽和區，輸入信號功率雖然增大，但輸出功率并不變化。信號輸入功率大于P3時，放大器處于過飽和區，隨著輸入信號輸入的功率增大，輸出功率反而變小了。從圖4 可以看出，脈沖行波管放大器的線性區間很短，飽和區間很寬，這是由放大器的使用特性決定的。脈沖行波管放大器主要工作的飽和區，以最大功率進行輸出。

圖4 脈沖行波管放大器的放大特性

由于外場雷達信號環境模擬器要求輻射信號作用距離遠，所以脈沖行波管放大器要以最大功率輸出，即在飽和區工作。

圖5 的包絡由頻率綜合器產生，傳輸給行波管放大器放大。圖6 中信號波形是經過放大器放大后的輸出，從圖中可見，只有處于P1和P3之間的部分才能進行放大，即只有粗線是經過脈沖行波管放大器放大后輸出的掃描信號，其余波形（包括副瓣）幅度由于達不到放大器放大門限，不予放大。而P2和P3之間由于工作在飽和區，尖峰被削成了平頂。

圖5 放大器輸入的掃描波形

圖6 放大器輸出的掃描波形

圖7 是頻率綜合器模擬的圓周掃描信號，圖8是經過放大器進行功率放大之后的掃描包絡。圖9是ESM偵察機實際偵收到掃描信號的包絡形狀。

從圖7 和圖9 比較中可以明顯看出經過脈沖行波管放大器之后掃描信號的失真度。

圖7 頻率綜合器輸出的圓掃信號波形

圖8 功率放大器輸出的圓掃信號波形

圖9 ESM偵收到的圓掃信號波形

尖峰由于工作在飽和區，輸出信號幅度一致，波形尖峰被削平了。副瓣由于幅度小，達不到偵察機靈敏度之上，副瓣被丟失了。由于放大器線性區間很窄，輸出信號幅度很快就被截止了。

3 對ESM偵收的影響及應對措施

從圖8 中可以看出，外場大功率信號環境模擬器通過脈沖行波管放大器產生的掃描信號，與實際雷達形成的掃描信號不完全相同，在照射時間內，脈沖幅度變化不大，形成一個平頂。

從ESM偵收的脈沖序列來看，不可能像真實雷達產生的掃描信號，會存在一定的失真度，從而在進行信號分選時，依靠脈沖包絡和副瓣以及掃描周期進行分選掃描信號是很困難的。要想解決掃描信號失真度問題，可以從兩方面進行考慮：

（1）增加發射機輸出功率

增加發射機功率，讓脈沖行波管工作在臨近飽和區，即輸入功率最大值在飽和區，其余下降點和副瓣工作在線性區，這樣保證放大器輸出包絡平頂沒有失真。由于放大器輸出信號功率大，可以達到ESM偵察機靈敏度之上，與真實雷達掃描信號包絡波形一致。

（2）減小與ESM偵察機之間距離

雷達信號環境模擬器可以安裝在艦船上，與ESM偵察機艦船伴隨，減少與偵察機之間距離，從而減少信號空間衰減。這樣，脈沖行波管放大器仍然工作在臨近飽和區，使得輸出信號包絡沒有失真。即使信號比較小，由于作用距離近，信號損耗小，仍然可以達到ESM偵察機靈敏度之上。這樣模擬的掃描雷達信號仍然近似于實際掃描體制雷達。

4 結束語

外場雷達信號環境模擬器產生的掃描信號失真是由于脈沖行波管放大器工作在飽和區形成的，為了使得模擬器產生的掃描信號更加與真實雷達相似，提出了2 種解決途徑，使行波管放大器在線性區和臨近飽和區工作。這樣，外場大功率雷達信號環境模擬器就可以同時模擬多部掃描體制雷達信號，為電子戰裝備試驗訓練提供所需的信號環境。

［1］林象平.雷達對抗原理［M］.西安：西北電訊工程學院出版社，1985.

［2］戴清民.電子防御導論［M］.北京：解放軍出版社，1999.