炮位偵察校射雷達射頻回波模擬器技術研究

■ 許冰清 葉 芃 王建軍

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炮位偵察校射雷達射頻回波模擬器技術研究

■ 許冰清 葉 芃 王建軍

本文通過對炮位偵察校射雷達的作戰用途和工作模式的分析研究，對非實戰條件下的使用及訓練提出了新的仿真模擬方式，有效解決了炮位偵察校射雷達調試、訓練過程中的關鍵技術和難題，具有重要軍事應用價值和顯著的經濟效益。

1.前言

炮位偵察校射雷達是八十年代首先由美國研發并投入使用的一種戰場偵察雷達。這種雷達無需與敵方火炮陣地通視，僅需搜索跟蹤敵方火炮發射的彈丸即可精確確定敵方火炮陣地位置坐標。炮位偵察校射雷達既能快速偵察敵方炮兵陣地，又能對我方炮兵射擊進行校正射擊，反應速度快，定位精度高，是炮兵實施精確偵察、快速反擊的有力武器，極大地提高了炮兵戰場情報保障能力。炮位偵察校射雷達因而受到世界各國的高度重視，得到快速發展。

在非實彈射擊條件下，因目標環境無法滿足炮位偵察校射雷達的戰術使用要求，無論是在生產調試階段或作戰訓練過程中，如何檢驗雷達搜索、驗證、跟蹤性能，判斷雷達工作狀態，如何實施雷達偵察校射作業訓練，一直是世界各國炮位偵察校射雷達研制和使用中的難題。研制和開發能夠全面測試和檢驗炮位偵察校射雷達性能、判斷雷達是否故障、簡化雷達訓練方式的機外空饋目標生成系統（即雷達射頻回波模擬器），是解決上述問題的重要途徑，不僅能為炮位偵察校射雷達日常訓練提供有效手段，而且對炮位偵察校射雷達研制開發和檢測維修保障提供一種新手段，具有重要軍事應用價值和顯著的經濟效益。

2.發展現狀

一些發達國家普遍使用雷達信號生成裝置，凡是用雷達作為探測手段的武器系統，一般均配有比較先進的雷達信號產生裝置，以逼真地模擬雷達實際工作情況。目前美國已有兩百多家公司在研制訓練模擬器材，每年投資十多億美元，美國國防部所屬的三軍都成立了人機環境研究所，從事軍用訓練模擬器材研發工作。

美國Melibu Research公司研制的采用計算機+雷達信號生成裝置硬件系統結構的雷達環境模擬設備，主要針對AN/TPQ-36/37相控陣雷達整機調試和性能測試的雷達模擬器，該雷達環境模擬器RES能夠模擬含有目標、噪聲、地雜波、海雜波和電子戰等各類環境下的雷達回波，可提供射頻、中頻、視頻和數字等四種形式雷達回波信號。

歐洲COBRA雷達的彈道目標回波信號生成系統采用了44個天線單元，天線支架高1229.36cm，兩個相鄰天線單元的距離為13.97cm，雷達與系統徑向距離186.3m，兩個單元對雷達天線相位中心張角0.43°，模擬目標運動仰角范圍：1.8°～4°。能檢驗COBRA雷達的定位性能。

國內從上世紀90年代開始相繼出現有關雷達信號模擬裝置的研究報告，但多是基于雷達視頻回波信號的模擬而開發研制，而能夠在脫機情況下實現雷達目標射頻回波信號模擬的模擬設備較少，尤其是彈道目標信號生成裝置的研制目前尚處空白。

3.系統組成與作用原理

3.1系統組成

射頻回波模擬器系統主要由天線、主機、放大模塊、升降桿、存放箱及繞線盤等組成。

3.2作用原理

射頻回波模擬器工作原理框圖見圖1，射頻回波模擬器工作時，天線掛裝在升降桿上，由電纜連接到升降桿下的主機，主機由雷達本體經電纜提供激勵信號，雷達提供AC220 V交流電（或者使用市電）。

遙控軟件運行在雷達操控終端上（或獨立的電腦上），通過RS485接口同主機通信，遙控軟件運行時提供射頻回波模擬器操作的人機界面，操作人員可通過鍵盤、鼠標設置射頻回波模擬器的工作頻率、工作方式等工作參數，并通過調用彈道回波數據生成軟件生成一組要模擬的彈道回波數據，遙控軟件將這些參數和數據通過有線通信電纜發送到主機，主機根據這些參數和數據對接收到的雷達信號進行相應的信號處理，形成模擬回波信號，并發射出去，雷達接收到回波信號后就可以解析出彈道信息，完成模擬訓練的功能。

4.關鍵技術分析

射頻回波模擬器主要有如下關鍵技術：一維天線陣技術和數字信號處理技術

天線是用來接收雷達的發射信號，并在目標模擬的位置輻射模擬回波信號。一種天線形式是單元陣，若模擬目標運動的效果不影響雷達的跟蹤性能，單元間距對雷達的張角應小于雷達跟蹤測角的精度，再選取模擬目標的仰角運動范圍（一般3°左右），可得到需要的輻射單元數目，每個輻射單元需要相應的電纜、射頻控制開關等，設備量多，成本相對較高。

另一種天線形式是采用一個單元仰角沿導軌運動的方式，模擬彈道目標仰角的運動，則省掉了大量的射頻開關，僅需要一根射頻電纜，采用這種天線形式的技術難點在天線折疊結構的設計，導軌的設計和天線單元沿導軌運動速度的限制。另外，電機啟動時的電流很大，會造成直流電源電壓的下降，使其他電路工作不正常，電機開始運動和終止運動的安全保護，是一個必須考慮的安全因素，電機加速減速過程也使得勻速運動的行程范圍變小，天線運動行程要考慮加速減速段，雖然設備量少，但可靠性和安全性低。

綜上所述，選擇天線單元陣雖然成本有所增加，但是設備安全可靠，模擬的目標速度也能滿足要求，天線單元陣采用一維線陣，用1根射頻電纜和1根多芯控制電纜同主機連接?？删C合考慮射頻開關、運輸和架裝條件，將天線單元陣分為若干輻射組件，每個輻射組件通過穩幅穩相電纜與射頻開關相連，輻射單元均勻分布在輻射組件上，天線輻射單元為微帶線形式，極化為垂直線極化。射頻開關主要完成天線輻射單元的切換。

數字信號處理單元技術主要通過數字信號處理單元實現，數字信號處理單元分為速度處理子模塊和距離處理子模塊。速度處理子模塊采用直接數字合成（DDS）方法，以固定頻率精度的時鐘為基準，產生頻率和相位可調的輸出信號。

目前DDS頻率控制字可達24～48位，因此可以產生高精度的軌跡信號；距離處理子模塊產生軌跡距離延時，延時的最大范圍取決于存儲器的存儲深度，延時精度取決于讀寫控制的時鐘周期。

數字信號處理過程主要由A/D、信號處理、信號存儲、D/A組成。數字信號處理單元接收射頻收發單元輸出的中頻信號，經過 A/D采樣后進行正交變換，在數字域加入目標的多普勒和延時，進行正交逆變換然后再進行D/A變換產生中頻模擬回波信號，實現彈道特征參數在信號上的調制，然后輸出到射頻收發單元。

5.發展趨勢分析

炮位偵察校射雷達射頻回波模擬器技術發展未來呈現以下趨勢：

5.1二維天線陣技術

受限于一維天線陣，射頻回波模擬器只能在方位或者俯仰上進行變化，而如果采用二維天線陣技術，則可以使射頻回波模擬器實現在俯仰和方位上同時變化，更符合實際彈道目標回波的變化。

5.2多種彈道目標類型

隨著炮位偵察校射雷達針對的目標種類的增多，射頻回波模擬器需要模擬的彈道類型也應更加豐富，而每種彈道目標的彈道系數、彈徑、速度、射角、RCS等參數都不盡相同。所以射頻回波模擬器的一個發展趨勢就是能夠模擬各種型號規格的火炮（火箭炮）等彈道目標的彈道回波信號。

（作者單位：陸軍南京軍事代表局駐揚州地區軍事代表室）