脈沖雷達目標模擬器的設計與實現?

石一鳴

1 引言

脈沖雷達跟蹤方式可分為目標跟蹤和模擬器跟蹤兩種。其中，目標模擬器可為雷達系統整架聯調提供有效的調試平臺，來檢查雷達搜索、截獲、跟蹤過程，檢查雷達在不同信號的強度下，雷達檢測概率；檢查雷達控制計算機、各分機軟件功能的完善性；將任務的理論彈道輸入目標模擬器，仿真任務執行的真實環境，實時仿真任務執行全過程，為雷達執行任務方案的制定提供依據，同時它也是訓練操作人員的一個有效工具［1～2］。

2 工作原理

2.1 角度模擬

根據和差法測角原理，為了實現角跟蹤，模擬器必須能對天線所形成的和差波瓣特性進行仿真，才能為雷達系統提供滿足角跟蹤性能指標要求的角誤差信號［3］。因此，方位、俯仰角度模擬即是根據目標偏離波束中心的角度，依據天線和差波瓣特性數據，求出差信號的幅度、極性控制參數。

2.2 距離模擬

目標的距離模擬采用脈沖計數法。計數器裝訂模擬目標的距離碼，在雷達主脈沖觸發到來時以相參基準時鐘進行減計數，當計數值為零時產生一個觸發脈沖，觸發脈沖相對于雷達主脈沖的時延τ，即表征模擬目標的距離［4～5］。

當模擬距離超出一個主脈沖周期所對應的距離時，目標的無模糊距離為

式中：N為目標距離模糊度；r為一個主脈沖周期所對應的距離；Rm為跟蹤回路的模糊距離。

顯然，用一個對應延時距離r的計數器無法實現無模糊距離延時。設計N+1個、對應延時距離(N +1)×r的多個獨立的計數器，循環使用這些計數器即可實現無模糊距離模擬。

2.3 信號強度模擬

由雷達方程可知，反射式雷達距離方程得到飛行目標信號強度［6］表達式為

式中：S N為載頻單個脈沖信噪比（dB）；Pτ為發射機峰值功率（dBw）；Gτ為雷達天線增益（dB）；λ為載波波長（dBcm）；δ為飛行目標有效反射截面積（dBm2）；R為給定信噪比下的雷達作用距離（dBKm）；B為接收機帶寬（dBHz）；NF0為接收機等效噪聲系數（dB）；L為等效損耗因子（dB）；C1為量綱因子常數（dB）。

將參數代入，上式可簡化為

其中 A1為量綱因子常數，一般為90dB～120dB，可見，將理論航道值R代入，便可計算出目標的信號強度。

3 系統構成

模擬器由航路數據產生與系統控制計算機、距離延遲器、高頻信號源、高頻和差網絡形成器等幾個部分組成［7～8］，其組成如圖1所示。

圖1 目標模擬器框圖

在高頻模擬時：仿真計算機根據裝訂的航路參數以中斷工作方式不斷計算典型航路的坐標數據。其中角度計算值Aj、Ej與雷達伺服碼盤送來的角度值Ar、Er執行比較操作后，其差值送高頻和差網絡作為方位差、俯仰差支路的調制信號；同時距離計算值Rj經距離延時器成為觸發高頻信號源的距離延時脈沖；送和差信號網絡的脈沖高頻信號經S N信號幅度調制，通過和差信號網絡輸出與航路相關的和、方位差、俯仰差信號；三路信號分別經定向耦合器輸入到雷達接收機［9］。

中頻模擬工作原理［10］與高頻模擬類同，不同之處在于模擬的和、方位差、俯仰差三路中頻信號疊加了中頻噪聲。中頻模擬器用于在設備未展開狀態下對接收通道及信號處理、測距等分系統的狀態檢驗。中頻模擬器主要用于檢驗測距分系統的目標捕獲性能，包括目標速度、加速度以及目標幅度變化的適應范圍，也可用于各種情況下目標捕獲的訓練。

4 目標模擬

模擬目標特性可以有定點目標、典型航路目標和任務理論彈道等幾種。

對于定點目標，一般用于檢驗雷達和差通道幅度和相位的一致性，觀察給出的差信號定向靈敏度即可；

對于典型航路參數目標，可用于檢驗雷達伺服分系統的動態性能，并可定量檢驗角速度、角加速度性能等指標；

模擬理論彈道目標的主要目的是使操作員在任務前熟悉任務流程以及任務過程中設備運行狀態，作操作員培訓用。也可以獲得理論狀態下的雷達跟蹤數據，與實際跟蹤過程中的數據進行比對，以便及時分析實際跟蹤情況。

根據相關的軌道參數，模擬和、方位差、俯仰差三路信號，通過高頻、中頻饋電網絡饋入雷達接收通道，供雷達系統進行性能測試、功能檢查、故障排除和訓練雷達操作手使用［11～12］。軌道特性如下：

模擬等高等速直線飛行航路目標，飛行高度、航跡、速度可設置；

模擬距離、方位、俯仰中任意一維等速及等加速飛行，目標航跡初值、速度、加速度可設置；

模擬A、E、R固定值，參數可設置；

模擬給定彈道。

圖2 設置模擬目標類型

5 結語

雷達目標模擬器是現代測量雷達的一個輔助設備，模擬器產生的和、方位、俯仰三路射頻擬信號，由接收機高頻、中頻饋電網絡饋入雷達系統中模擬雷達運動目標的狀態。為設備狀態檢驗、操作手培訓以及理論彈道模擬（雖然在模擬器工作方式下可進行跟蹤精度統計，但是該方式不能取代飛機校飛）提供有效平臺。

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