星載有源相控陣微波組件標準體系初探

孫寧 王祖兵

（中國電子科技集團公司38所，合肥，230088）

星載雷達以衛星作為探測平臺，可實現雷達成像、地面動目標識別 （GMTI）和空中動目標識別 （AMTI）等多種工作模式，能不受氣候和作戰環境的影響，不間斷地對陸、海、空、天目標進行全方位的實時偵察[1]。星載雷達作為獲取信息的核心裝備，在國家戰略防御預警系統中具有重要地位，現已成為當今世界各航天軍事大國在發展空間平臺偵察系統方面的研究重點。

星載雷達任務要求高、系統復雜，采用有源相控陣體制，可實現靈活的波束形成以滿足星載雷達對波束寬度和波束指向的要求，且該體制下天線的可靠性極大的增強，尤其適應空間環境的應用。相控陣雷達的星載應用是大勢所趨。星載有源相控陣微波組件設備是決定星載有源相控陣雷達性能的最重要、最復雜和最昂貴的子系統，確保其在軌可靠、正常工作是關系到整個飛行任務能否完成的關鍵。

1 星載有源相控陣微波組件組成

星載有源相控陣微波組件設備是決定星載有源相控陣雷達性能的子系統，一般包括：有源數字陣列組件、分布式頻率源、有源綜合配電、高速數據傳輸接口和數字收發等組件。不同頻率的星載有源相控陣微波組件的設計方案、物理組成均不相同，因此星載有源相控陣微波組件多難以做到通用化，需根據不同雷達的使用需求進行分別設計。

“有源數字陣列組件”是一種集成化和數字化技術，將射頻收發單元、本振功分單元、中頻數字收發單元、分布式電源、集中式電源、分布式參考源等電路整合并一體化設計，完成雷達數字化收發、數據預處理及數據傳輸功能的新型多通道收發模塊。有源數字陣列組件具有雷達多通道射頻回波數字化接收和發射信號數字化產生的功能[2]。

“分布式頻率源”是在原先集中式頻率源的基礎上提出的一種新型微波部件，將頻率源分布到各收發單元，有效提高了航天任務的可靠性。頻率源是各種電子設備的基礎，是決定電子系統性能的關鍵設備。在雷達、制導武器、電子對抗、電子測量儀器和移動通信等電子系統都對頻率源提出了越來越高的要求。越來越多的收發分置及收發共用裝置應用在雷達、通信和導航定位等領域，對頻率源的穩定性要求大大提高。

基于多功能板的 “有源綜合配電”在有源相控陣雷達中起著信號中樞的作用。多功能板一般采用微波、數字復合基板，實現了集寬帶多通道射頻功分/合成網絡、波控電路、電源轉換供給等集多種電路于一體的功能。有源綜合配電具有高集成度、高可靠性、小型化等特點，因而被廣泛應用于中型及大規模相控陣雷達中。

在有源相控陣雷達系統中，高速數據傳輸系統是其重要的組成部分。由于有源相控陣雷達系統的數據具有信息量大、實時性要求高等特點，所以數據傳輸系統的性能優劣直接關系到整個系統的性能。在數據傳輸系統中采用何種高速數據傳輸接口技術至關重要，高性能的數據傳輸接口技術對實現數據的高速傳輸、提高整個數據傳輸系統的性能具有重要意義。

有源相控陣雷達的核心是接收和發射波束均在數字域實現，其基本原理是發射波束利用DDS（直接數字合成）器件的高精度幅相控制能力，將波形產生和發射信號幅相控制融為一體設計，通過控制數字波形的相位和幅度來實現發射波束的空間調控；接收波束則是在中頻回波數字化之后，進行數字I/Q變換，形成基帶數字I/Q信號，然后在數字域進行幅相加權，具有幅相控制精度高、能夠全空域同時收發多波束、自適應零點形成等特點。

2 星載有源相控陣微波組件標準現狀分析

隨著基于有源相控陣的星載雷達技術的不斷發展，微波組件的重要性越來越凸顯出來。星載雷達同地面雷達相比，會遇到更加復雜的環境問題，需要將傳統的有源微波組件技術針對空間環境開展更多適應性研究。衛星的發射成本巨大，星載有源相控陣微波組件的造價也非常高，上天以后，一旦出現故障無法維修，只能報廢。因此，對星載有源相控陣微波組件的可靠性要求十分苛刻。有源相控陣微波組件的星載應用相比地面和航空，需要具備更強的生存能力、更好的溫度特性，抗輻照、抗震動能力及輕型化等方面要求很高，同時具有很高的可靠性，并且能夠在沒有人工干預的情況下長期工作。在星載有源相控陣微波組件技術飛速發展和深化應用的過程中，越來越迫切要求我們開展標準體系研究工作，制定相應的技術標準，從而支撐星載有源相控陣微波組件技術的發展應用。

“型號研制，標準先行”。在國家的大力支持下，多家單位相繼開展了星載有源相控陣雷達的研制，為規范星載有源相控陣雷達的研制，早日實現工程應用。因此，筆者認為我國有必要針對星載有源相控陣微波組件標準缺失問題，面向有源數字陣列組件、分布式頻率源、有源綜合配電、高速數據傳輸接口和數字收發等核心有源微波組件，開展標準體系研究工作，形成覆蓋設計、生產、調試和試驗等全壽命周期的、較完善的標準體系。

2.1 通用規范

“通用規范”作為訂購方與承制方簽訂合同、交付驗收的依據，通常規定訂購對象的功能要求、性能要求、指標體系和測試方法等內容。目前，我國有源相控陣微波組件相關的標準多為通用規范。我國有源相控陣微波組件相關標準多適用于多平臺，專門針對星載平臺編制的標準較少。目前共搜集有源相控陣微波組件相關標準5項，見表1。針對星載有源綜合配電和高速數據傳輸接口，目前尚沒有相關標準發布。

2.2 設計標準

星載有源相控陣微波組件的設計過程是一項復雜的系統工程，包括系統設計、各組件設計和結構設計等內容。而這些設計內容的具體設計過程和實現方式由 “設計標準”規定。 “設計標準”是研制單位進行型號設計的經驗總結，有的甚至是企業付出巨大代價才取得的經驗。國家有必要在行業內開展相關設計標準的編制工作，規定星載有源相控陣微波組件各功能模塊的設計流程、設計原則、設計驗證和產品保證等，使行業內各單位的研制經驗上升到國家或行業高度，提高整個行業的設計水平，避免行業內不同單位重復犯相同錯誤造成的國家資源浪費。

目前，我國針對星載有源相控陣微波組件的設計規范非常少，共搜集到相關標準3項，見表2。我國尚沒有發布針對星載有源相控陣微波核心組件的設計標準。

表1 通用規范

表2 設計標準

2.3 試驗標準

研制方在進行設計驗證和訂購方進行驗收時，均需按照任務書規定的所有性能指標進行測試，這需要相應 “測試標準”對測試方法進行統一和規范。除了與性能指標相關的測試試驗外，星載有源相控陣微波組件還應進行相關環境適應性試驗。另外，在衛星發射后，星載有源相控陣微波組件還應與衛星其它系統一起進行必要的在軌測試，作為用戶最后整體驗收的重要環節。目前，我國沒有星載有源相控陣微波組件專門的測試標準，相關測試方法在表1所列的通用規范中規定。環境適應性標準通常執行國軍標GJB150A-2009《軍用設備環境試驗方法》、GJB1027A-2005《運載器、上面級和航天器試驗要求》和航天行業標準QJ12329《電子設備環境試驗條件和方法》、QJ2630《衛星組件空間環境試驗方法》等標準，見表3。具體可由訂購方確定執行哪些標準。我國尚未發布相關星載雷達在軌測試標準。

表3 試驗標準

3 星載有源相控陣微波組件技術標準體系建設

針對星載有源相控陣微波組件發展需求，開展有源相控陣微波組件技術標準體系研究工作，并給出技術標準體系建設的初步建議。

3.1 技術標準體系建設目標

建設 “規范化、平臺化、創新性”的星載有源相控陣微波組件標準體系，重點梳理星載有源相控陣微波組件在設計、試驗、檢驗和調試等過程應符合哪些標準/規范，并按邏輯關系和全面覆蓋的要求進行研究，形成星載有源微波組件的標準體系，規范星載有源相控陣微波組件的研發過程。

3.2 技術標準體系框圖

標準體系可以有效規范裝備的研制，是整個國家軟實力的體現。從國家和行業角度，建立星載有源相控陣微波組件標準體系應重點關注微波組件的組件設計、設計驗證和產品測試等與其它星載設備差異性較大的內容，而對于產品實現的工藝標準，可與其它星載設備通用，可暫不考慮。

星載有源相控陣微波組件技術體系框圖如圖1所示，主要包含三類：通用規范、設計標準和試驗標準。

圖1 星載有源相控陣微波組件技術標準體系框圖

“通用規范”是軍方進行星載有源相控陣微波組件進行訂貨和驗收的依據，研制單位根據通用規范的要求進行研制、測試和交貨準備。星載有源相控陣微波組件的各核心組件均應制定相應通用規范。

“設計標準”是指導星載有源相控陣微波組件設計的關鍵，是標準體系的核心組成部分，主要包含基礎標準、組件設計標準、熱設計標準、結構設計標準、工藝設計標準等。 “組件設計標準”包含星載有源相控陣微波組件的核心組件，主要規定組件的指標體系、設計輸入、設計內容、設計過程、設計驗證等內容。另外，組件設計標準還可向下細分各功能電路設計標準。 “熱設計標準、結構設計標準、工藝設計標準”等為各組件設計通用的標準。 “基礎標準”包括一些元器件、原材料的選用標準、板級電路設計標準等。

“試驗標準”主要包括三類：性能測試、環境適應性試驗和在軌測試。性能測試和環境適應性試驗均在地面完成。性能測試是對產品進行設計驗證的重要環節，同時也是產品驗收的必要環節。性能測試針對研制任務規定的所有性能指標進行測試，需要相應的測試標準對測試過程和方法進行規范，測試標準主要規定測試系統組成、測試方法和測試結果處理等。星載有源相控陣微波組件應與星載雷達一起做相應的環境適應性試驗，一般包括抗輻照試驗、電磁兼容性試驗、熱真空試驗、力學試驗等。在衛星發射升空后，星載有源相控陣微波組件還應與衛星一起接收在軌測試，通過衛星返回的數據判斷各組件的關鍵指標項。

綜上所述，我國建立星載有源相控陣微波組件技術標準體系，需根據圖1所示的體系框圖補充現有可直接執行的標準，新制定暫時空缺的標準，修訂暫不適用于星載平臺的標準，見表4。

標準體系的建設是一項非常復雜的系統工程，它涉及到產品研制的全壽命周期，且體系內各個標準之間相互關聯、相互協調配套；必須在宏觀層面開展好頂層設計，做好標準體系的研究與構建工作，研究透各標準之間的層次關系、協調技術發展和工程應用的關系，才能更好的規范和指導我國星載有源相控陣微波組件的發展。本文根據星載有源相控陣微波組件發展現狀，介紹了星載有源相控陣微波組件的核心組成，并嘗試性的給出了體系建設的一些建議。

表4 星載有源相控陣微波組件標準