基于無線電體制的多功能智能靶標設計＊

葛 堯 韓春生 何四華

（92941部隊91分隊 葫蘆島 125000）

1 引言

在進行武器系統試驗時，靶標一般使用在浮筒式載體上加裝多種不同類型、數量的角反射模擬單元實現不同噸位典型艦艇的RCS散射特性，這種體積龐大的機械式角反射體靶標受風面積大、重心高、迎風阻力大、運動穩(wěn)定性差，載體穩(wěn)性受海況環(huán)境因素影響惡劣。尤其在對艦船進行面（體）目標散射特性模擬時，靶標自身造價昂貴，更換狀態(tài)費時費力，保障兵力多，海上作業(yè)難度大，難以滿足快速供靶要求，加之供靶時，由于其載體尺寸較大，上層結構密集，被命中而損壞概率高，修復時間長，同時，現有面模擬方式提供高速運動靶標的建設、使用費用也難以承受。

基于無線電體制的多功能智能靶標體積小，重量輕，特別是在載體甲板以上部分受風面積小，有利于減小載體的主體尺寸和噸位，便于實現載體的高速運動、降低建設和使用費用。目標模式取決于天線樣式，可用一個天線通過信號編碼實現雷達散射分布特性的模擬，也可用天線陣列及角度伺服實現空間覆蓋，模擬大型目標的雷達散射分布特性，并且便于通過變更軟件實現對不同目標的散射特性模擬，從而減輕更換反射器的勞動強度和對工作條件的苛刻要求，有利于提高靶標保障效率。

2 多功能智能靶標工作原理及組成框圖

2.1 組成與工作原理

利用數字射頻存儲和相干轉發(fā)技術，構建目標回波模擬，完成導引頭信號的接收、變頻、處理，產生多路不同延時、不同多普勒頻率和相位的目標回波信號輸出。以單天線點目標多功能智能靶標為例，裝備主要包括天線接收通道、DRFM、發(fā)射通道、本振模塊、數傳電臺、信號控制單元、位置航向測量系統等組成。基本組成如圖1。

圖1 單天線多功能智能靶標組成框圖

接收天線接收武器系統導引頭的發(fā)射信號，由接收通道下變頻到較低載頻，便于進行信號處理，在信號控制單元在數傳電臺的指令控制下，經ADC采集后送入數字RAM中存儲，由于接收通道下變頻與發(fā)射通道上變頻采用同一穩(wěn)定本振，模擬回波與導引頭發(fā)射信號能夠保證波形相同、載波相參。信號控制單元對發(fā)射信號進行脈沖幅度檢波，并根據地面指令設定相應散射面積參數（即采集信號的相應增益），控制數控衰減器，形成典型艦船的目標特性。受器件工藝影響，脈沖檢波器、DAC和發(fā)射通道會存在一個固有傳輸延遲，因此在后延位置形成一個虛擬的目標特性。

2.2 工作過程

武器系統飛行過程中，多功能智能靶標根據試驗時間節(jié)點，通過靶載遙控設備接收指令開機，信號控制單元須實時接收導引頭發(fā)射的遙測信號，得到時刻位置信息，根據彈道參數和靶船航向姿態(tài)測量裝置給出的三維姿態(tài)信息計算出控制參數，將控制參數和控制信號發(fā)送至伺服系統，保證接收天線和發(fā)射天線的波束能夠覆蓋導引頭。

3 關鍵技術

3.1 數字射頻存儲技術

數字射頻存儲器（DRFM）是一種可儲存任意射頻信號，并在延遲可編程時間后精確輸出的存儲設備。數字儲頻不但具有瞬時帶寬處理能力，而且存儲頻率精度高，不丟失相位信息信號，保真度好，可存儲任意時間長度，連續(xù)復制與原雷達信號完全一致的假目標，并可分時復用。

為適應導引頭頻率捷變及子脈沖線性調頻信號，需要數字射頻存儲器具有大的瞬時帶寬和動態(tài)范圍，并且對于多發(fā)射天線方案，為了利用一路發(fā)射通道和天線同時模擬多個散射點回波，所以在單天線的基礎上又增加了對高速AD數據緩存的延遲疊加處理，此過程中所有處理（包括AD、DA、緩存、延遲讀取、延遲疊加）的操作速率均為1GHz，所以對處理的實時性要求較方案一更高，需要利用大規(guī)模、高性能FPGA并行處理的方式才能實現，因此導致數字中頻處理電路的規(guī)模大、數據吞吐率高、功耗高，給工程實現帶來很大困難，是本系統的關鍵技術難題之一。

3.2 隔離度設計

導引頭發(fā)射功率較低，裝備接收遠處的導引頭信號較弱，裝備必須具有較高的接收靈敏度，裝備為保障以收發(fā)同時方式工作，要求收發(fā)天線之間具有良好的隔離度。裝備在實際工作時，面臨較為復雜的電磁環(huán)境，為避免影響接收機對信號的偵收，裝備采用窄波速定向天線，采用吸波材料將接收天線和發(fā)射天線進行物理隔離，采用對消技術消除發(fā)射接收天線之間的信號干擾。此外，在設計天線方向圖時，即要盡量避免天線間的隔離，既要使接收、發(fā)射天線分別位于發(fā)射、接收天線的主波束之外，而且，還要保證武器系統導引頭發(fā)射信號在整個靶試過程中均位于接收天線的主瓣范圍內。

3.3 逼真度評估方法

多功能智能靶標基于無線電體制，脫離了靶標實體的虛擬靶標，可以模擬點目標、體目標的回波信號。對于點目標形成相對簡單，在體目標形成上，目標回波模型的建立是目標模擬的是否真實的前提，因此首先必須采用一固定頻率的相位參考信號，預先對各個通道的增益進行標校，模擬時，根據目標散射特性和各個通道功率標校結果控制數控衰減器的衰減量，以達到對目標功率的模擬，實現不同量級模擬。為了保證模擬的相似程度，必須利用試驗前的先驗信息，建立較為真實的模型，對模型與典型目標進行逼真度評估，以使形成的虛擬靶標真實反映客觀實際戰(zhàn)場場景。

3.4 測量標校方法

由于采用了無線電體制形成靶標目標特性模擬，各器件之間存在工藝延時，形成的為虛擬靶標，相對于高速活動艇安裝后，載體相對減小，對攻擊的效果評估有一定影響，應該采用剛性連接的無線電脫靶量測量設備進行測量，在試驗前，根據各個通道的精確延時（即后延距離），進行標校，得到兩者的坐標轉換關系，便于進行事后數據處理。

3.5 定向技術

由于接收和發(fā)射天線采用的是有一定波束寬度的定向天線，為了使所有天線波束中心都能夠覆蓋導引頭所在空域，一方面需要合理安排天線的擺放位置，另一方面，需要適時調整靶船姿態(tài)。擬讓所有天線沿靶船軸線直線分布，波束中心與靶船軸線垂直，并與靶船平面夾角與波束半寬度相當，側推器只需調整靶船的方位，讓導引頭發(fā)射信號入射波方向與靶船軸線垂直，即可保證所有天線波束中心都能夠覆蓋導引頭所在空域，需要應用PID技術，保障側推器在有效時間內滿足定向。

4 結語

利用無線電體制，融合DRFM技術，通過接收外部微弱雷達信號，實現對雷達信號進行精確復制，并可根據試驗不同需求，設置雷達信號的幅度、頻率及時間等參數信息，重新在輸出端發(fā)射，完成雷達回波信號模擬，實現典型艦船高速運動特性下的散射特性模擬，可節(jié)省人力、物力、財力，具有一定的軍事、經濟效益。

［1］米切爾R L.雷達模擬系統［M］.北京：科學出版社，1982.

［2］［美］Merrill I，Skolnik.雷達手冊 Randar Handbook（Second E－dition）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1995.