雷達干擾信號采集分析系統設計

楊亞波

(91404部隊，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

作為艦艇系統作戰的“千里眼”，雷達主要對空中威脅目標及時預警并穩定跟蹤，為武器系統提供可靠的目標指示信息。隨著信息對抗技術的不斷發展，雷達面臨著越來越復雜的電磁環境。如何在復雜電磁環境下發揮雷達有效探測性能成為了現在一項重要的研究課題。[1]在雷達抗干擾性能評估系統中，越來越注重量化數據的評估。[2]目前，一些較為先進的雷達可實時采集原始數據，用于分析雷達在干擾環境中面臨的干擾強度等級。

本文從系統組成、工作原理和工作流程等方面介紹一種雷達干擾信號采集分析系統，用于接收被試雷達天線口面處的干擾信號，并對干擾信號波形進行采集和存儲，事后從存儲設備進行回放，同時分析干擾信號的頻譜特征和時域特征，為雷達抗干擾定量評判提供依據。[3-4]同時，設備具有良好的便攜性，較低的功耗，確保設備在外場試驗中能夠較長時間地工作。

1 系統組成及原理

系統主要由干擾接收天線、輔助接收天線、采集和存儲主機、顯控終端及附屬設備等組成。系統的主體設備安裝在便攜式機箱內，通過外部計算機或筆記本終端控制模擬器系統。

系統工作示意圖如圖1所示。

圖1 系統工作示意圖

采用兩個喇叭天線進行兩個不同方向的干擾信號接收，1個輔助天線進行雷達信號接收，用于對消雷達發射信號。對天線接收到的信號進行幅度控制和頻率變換，輸出中頻信號到信號采集處理單元進行信號采集和處理。將處理后的數據連續高速存儲到高速存儲單元。運行實時信號監測軟件，對采集和存儲設備進行控制管理，并以圖表方式實時顯示采集信號分析結果。運行事后分析軟件，從存儲單元中讀取并進行波形回放，同時分析采樣信號的頻譜特征和時域特征，給出干擾參數分析結果。

系統工作原理圖如圖2所示。

圖2 系統工作原理框圖

2 系統工作模式設計

首先根據試驗的航線規劃選定合適的設備架設點位，對指定空域的干擾信號進行測頻、脈沖參數測量，供信號分選軟件分析處理，并把處理結果顯示、存儲，事后通過Matlab軟件進行事后數據分析。

系統工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統工作流程圖

系統工作分試驗過程中的實時采集、信號分析模式和試驗后的事后回放及分析模式。實時采集和信號分析在試驗中同時進行。

2.1 實時采集模式

系統通過兩個喇叭天線對兩個不同方向干擾信號實時采集和存儲。具體流程如下：

(1) 將天線和設備架設在被試雷達附近，將兩路接收天線喇叭分別對準兩個不同方向的干擾輻射源，將輔助天線對準雷達發射方向；

(2) 輔助天線直接接收雷達發射信號，并進行寬帶檢波，得到雷達發射信號脈沖傳輸給信號處理單元，使采集設備在雷達發射期間不接收干擾信號；

(3) 兩個不同方向的干擾接收天線分別接收不同方向的干擾信號，并將干擾信號采樣和處理，存儲在高速存儲單元。

2.2 實時信號分析模式

完成信號實時采集后，系統對干擾信號實時偵收和測量，包括信號頻率、脈寬實時測量和分選、實時干擾頻譜估計等。[5]工作流程如下：

(1) 按照實時采集流程，將天線和設備架設在被試雷達附近，輔助天線接收雷達發射信號，干擾接收天線接收不同方向的干擾信號，同時將干擾信號進行實時持續采樣和測量；

(2) 對信道化測量數據進行脈沖分選和識別處理，根據測量結果進行干擾信號頻率和帶寬估計，通過千兆以太網輸出到控制終端計算機；

(3) 控制終端計算機對處理后的干擾信號進行圖像化顯示，包括干擾信號列表顯示、干擾信號的頻率圖、脈寬圖和重復周期圖等顯示，并將分析結果保存在計算機硬盤。

2.3 事后回放和分析模式

系統在試驗中實時采集兩個方向的干擾信號數據，并將數據保存在大容量高速存儲單元中，事后選擇其中一路，并從存儲單元中讀取該記錄數據進行回放，顯示信號的時域和頻域特征圖。同時，通過繪制脈內時頻圖，分析脈內調制特征，為雷達抗干擾定量評判提供依據，主要包括:(1)對存儲數據進行信道化濾波，然后進行數字檢波、測頻、測幅、到達時間測量、脈寬測量，分選后得到信號的頻率、幅度、脈寬以及重復周期等；(2)對存儲數據進行處理，估計干擾信號的中頻頻率、帶寬、功率等；(3)通過對脈內信號的特征分析，識別干擾信號的脈內調制類型；(4)以圖形形式顯示關心信號的時域波形圖、頻譜圖等，以列表方式顯示干擾信號的參數，包括頻率、帶寬、功率、脈寬、重復周期、調制樣式等。

2.4 系統時統設計

系統在設計時需考慮自身時統同步和外部設備同步。自同步為設備自身進行調試時同步設備內部各控制器件的信號在沒有外部時統設備同步時鐘時由系統計算機內部產生，時鐘最小周期控制為1 ms。外部同步信號是由外部時統設備提供全局的同步信號。有外部時統設備同步時，根據GPS秒脈沖同步計數產生最小1 ms的時鐘周期，當有數據記錄或者偵收處理結果時讀取當前的ms級時鐘作為數據記錄的起始，后續采樣點的時間可根據采樣率計算獲得。

干擾信號采集設備與雷達裝備接入同一時統，產生同步工作時序，便于在信號接收、分析和雷達信號對消等同步、精準處理。

2.5 系統標校

系統工作時根據需求進行功率標校，目的是將顯控界面顯示功率值標校為天線口面的信號功率密度。標校流程如下：(1)使用標準信號源自高頻前端注入，設置信號源頻率和輸出功率；(2)在設備端設置系統偵收頻率，記錄偵收信號的頻率和幅度；(3)對照輸入端信號源功率和設備端接收信號幅度值，將測量幅度校準到前端輸入功率值(電纜損耗統一考慮在內)；(4)考慮天線口面有效面積，將測量得到的功率幅度值換算為信號在天線口面處的功率密度。

進行上述標校后，在實際使用時可將采集設備架設在雷達附近，在遠場條件下向雷達及采集設備輻射同一信號，根據雷達偵收到的信號幅度及采集設備天線口面處的信號功率密度進行雷達功率與采集設備功率的校準檢查。

3 結束語

本設計實現了一種雷達干擾信號采集分析系統，通過對干擾信號的接收、采集、處理、顯示和回放等，實現對干擾信號的測量和分析，可以有效幫助雷達完成抗干擾定量評估，對于雷達抗干擾定量評估體系建立具有一定的工程價值。