雷達(dá)干擾信號采集分析系統(tǒng)設(shè)計

楊亞波

(91404部隊，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

作為艦艇系統(tǒng)作戰(zhàn)的“千里眼”，雷達(dá)主要對空中威脅目標(biāo)及時預(yù)警并穩(wěn)定跟蹤，為武器系統(tǒng)提供可靠的目標(biāo)指示信息。隨著信息對抗技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)面臨著越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境。如何在復(fù)雜電磁環(huán)境下發(fā)揮雷達(dá)有效探測性能成為了現(xiàn)在一項重要的研究課題。[1]在雷達(dá)抗干擾性能評估系統(tǒng)中，越來越注重量化數(shù)據(jù)的評估。[2]目前，一些較為先進(jìn)的雷達(dá)可實時采集原始數(shù)據(jù)，用于分析雷達(dá)在干擾環(huán)境中面臨的干擾強(qiáng)度等級。

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

1 系統(tǒng)組成及原理

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

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作示意圖

采用兩個喇叭天線進(jìn)行兩個不同方向的干擾信號接收，1個輔助天線進(jìn)行雷達(dá)信號接收，用于對消雷達(dá)發(fā)射信號。對天線接收到的信號進(jìn)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(jìn)行信號采集和處理。將處理后的數(shù)據(jù)連續(xù)高速存儲到高速存儲單元。運行實時信號監(jiān)測軟件，對采集和存儲設(shè)備進(jìn)行控制管理，并以圖表方式實時顯示采集信號分析結(jié)果。運行事后分析軟件，從存儲單元中讀取并進(jìn)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(shù)分析結(jié)果。

系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理框圖

2 系統(tǒng)工作模式設(shè)計

首先根據(jù)試驗的航線規(guī)劃選定合適的設(shè)備架設(shè)點位，對指定空域的干擾信號進(jìn)行測頻、脈沖參數(shù)測量，供信號分選軟件分析處理，并把處理結(jié)果顯示、存儲，事后通過Matlab軟件進(jìn)行事后數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)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(jìn)行。

2.1 實時采集模式

系統(tǒng)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(shè)備架設(shè)在被試?yán)走_(dá)附近，將兩路接收天線喇叭分別對準(zhǔn)兩個不同方向的干擾輻射源，將輔助天線對準(zhǔn)雷達(dá)發(fā)射方向；

(2) 輔助天線直接接收雷達(dá)發(fā)射信號，并進(jìn)行寬帶檢波，得到雷達(dá)發(fā)射信號脈沖傳輸給信號處理單元，使采集設(shè)備在雷達(dá)發(fā)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(tǒng)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(shè)備架設(shè)在被試?yán)走_(dá)附近，輔助天線接收雷達(dá)發(fā)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(jìn)行實時持續(xù)采樣和測量；

(2) 對信道化測量數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖分選和識別處理，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行干擾信號頻率和帶寬估計，通過千兆以太網(wǎng)輸出到控制終端計算機(jī)；

(3) 控制終端計算機(jī)對處理后的干擾信號進(jìn)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(fù)周期圖等顯示，并將分析結(jié)果保存在計算機(jī)硬盤。

2.3 事后回放和分析模式

系統(tǒng)在試驗中實時采集兩個方向的干擾信號數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)行回放，顯示信號的時域和頻域特征圖。同時，通過繪制脈內(nèi)時頻圖，分析脈內(nèi)調(diào)制特征，為雷達(dá)抗干擾定量評判提供依據(jù)，主要包括:(1)對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行信道化濾波，然后進(jìn)行數(shù)字檢波、測頻、測幅、到達(dá)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(fù)周期等；(2)對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)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(nèi)信號的特征分析，識別干擾信號的脈內(nèi)調(diào)制類型；(4)以圖形形式顯示關(guān)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(shù)，包括頻率、帶寬、功率、脈寬、重復(fù)周期、調(diào)制樣式等。

2.4 系統(tǒng)時統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)在設(shè)計時需考慮自身時統(tǒng)同步和外部設(shè)備同步。自同步為設(shè)備自身進(jìn)行調(diào)試時同步設(shè)備內(nèi)部各控制器件的信號在沒有外部時統(tǒng)設(shè)備同步時鐘時由系統(tǒng)計算機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生，時鐘最小周期控制為1 ms。外部同步信號是由外部時統(tǒng)設(shè)備提供全局的同步信號。有外部時統(tǒng)設(shè)備同步時，根據(jù)GPS秒脈沖同步計數(shù)產(chǎn)生最小1 ms的時鐘周期，當(dāng)有數(shù)據(jù)記錄或者偵收處理結(jié)果時讀取當(dāng)前的ms級時鐘作為數(shù)據(jù)記錄的起始，后續(xù)采樣點的時間可根據(jù)采樣率計算獲得。

干擾信號采集設(shè)備與雷達(dá)裝備接入同一時統(tǒng)，產(chǎn)生同步工作時序，便于在信號接收、分析和雷達(dá)信號對消等同步、精準(zhǔn)處理。

2.5 系統(tǒng)標(biāo)校

系統(tǒng)工作時根據(jù)需求進(jìn)行功率標(biāo)校，目的是將顯控界面顯示功率值標(biāo)校為天線口面的信號功率密度。標(biāo)校流程如下：(1)使用標(biāo)準(zhǔn)信號源自高頻前端注入，設(shè)置信號源頻率和輸出功率；(2)在設(shè)備端設(shè)置系統(tǒng)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(shè)備端接收信號幅度值，將測量幅度校準(zhǔn)到前端輸入功率值(電纜損耗統(tǒng)一考慮在內(nèi))；(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(jìn)行上述標(biāo)校后，在實際使用時可將采集設(shè)備架設(shè)在雷達(dá)附近，在遠(yuǎn)場條件下向雷達(dá)及采集設(shè)備輻射同一信號，根據(jù)雷達(dá)偵收到的信號幅度及采集設(shè)備天線口面處的信號功率密度進(jìn)行雷達(dá)功率與采集設(shè)備功率的校準(zhǔn)檢查。

3 結(jié)束語

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