一種雷達偵察裝備測試系統的設計與實現

陸文駿，韋 穎

(安徽三聯學院 電子電氣工程學院，安徽 合肥 230601)

0 引言

雷達偵察裝備是戰場實施電磁信號偵測的主要裝備[1]。目前，西方發達國家裝備的雷達偵察系統已經建立起一套測試和裝備訓練體系，并已經有專用的測試、訓練系統，進行有針對性的現場測試或訓練。國外一般采用直接模擬特定雷達信號的方式進行測試或訓練[2]。由于保密等原因，國外相關裝備的具體指標和能同時用于裝備訓練及現場測試的系統未見報道。目前，國內相關研究存在的問題是：頻段覆蓋面小，功能單一，不能全面地對輻射源識別、測向等指標進行測試[3-5]；不能模擬真實的雷達環境，缺乏通用性[6-7]；測試技術和設備的發展跟不上雷達偵察裝備的發展水平，變頻時間等指標不能滿足現代雷達偵察裝備測試和訓練的要求；也沒有可同時完成測試和訓練任務的相關設備。

本文設計并研制了一種具有現場伴隨測試能力的雷達偵察裝備測試與訓練系統。在深入分析現役雷達偵察裝備性能特點的基礎上，提出了信號產生部分與控制部分空間分離、由軟件部分協同的無線控制閉環在線測試的系統研究思路。

1 系統工作原理

本系統使用無線閉環控制結構，從功能上可分為信號控制、信號產生和軟件3部分。信號產生部分位于距離被測裝備適當距離處(一般為100～1 000 m)，系統的控制部分則與被測裝備放在一起，信號控制、信號產生和被測裝備形成一個無線閉環結構。控制信號通過無線傳輸方式從控制計算機傳送到信號產生部分，而用于測試的信號通過空間耦合的方式，從雷達偵察裝備天線注入。這種結構可使系統具有良好的操作性，提高測試的效率。系統工作時，控制部分置于被測裝備端，系統與裝備操作人員互相配合完成測試工作。首先根據測試目的，在控制計算機上生成測試方案，根據此方案，由控制計算機編輯設定一定的雷達信號場景，然后通過無線閉環控制分系統控制雷達信號環境產生分系統，產生此信號場景并作用于雷達偵察裝備，雷達偵察裝備對此信號場景進行接收后，可將接收結果與設定值進行對比分析，以實現性能測試。

2 系統框架及組成

本系統主要供雷達偵察裝備現場測試與訓練使用，功能設計主要考慮了雷達偵察裝備自身的特點、性能指標體系以及測試和訓練的基本要求。對雷達偵察裝備的測試涉及裝備的很多性能指標，但用戶更看重的是裝備的作戰使用性能指標[8]，故雷達偵察裝備的輻射源識別與測向性能的測試就顯得尤為重要。因此，本系統從用戶實際需要出發，立足于基層級維修與測試，著眼于裝備平時主要性能的測試，選擇輻射源識別與測向性能作為主要測試指標，同時系統應具備通用指標的測試以及輔助維修等功能。

在訓練方面，由于傳統的訓練輔助設備多是將信號從裝備的中頻注入，操作人員在接受訓練時很容易對信號的真實度產生懷疑，因而很難產生臨場感覺，不能培養其戰斗意識和敵情觀念，部分射頻模擬設備信號形式單一，頻點少，不能模擬較復雜的電磁環境，這也大大降低了訓練效果[9-12]。通過產生多波段、多樣式和多路復雜雷達信號場景，將信號從天線注入雷達偵察裝備，逼真度高，信號形式復雜，對參訓人員的裝備熟悉程度以及操作熟練程度等都會產生極大的推動作用。

本系統主要由雷達信號環境產生分系統、無線閉環控制分系統A、無線閉環控制分系統B、控制計算機、分波段天線和功率擴展分系統等組成，系統框架及組成如圖1所示。能實現自檢、工作方式設定、基本參數調節、雷達偵察裝備參數測試、信號分選能力測試、復雜電磁環境設置與模擬、數據通信與無線閉環控制、測向性能測試及寬帶功率擴展等功能。

圖1 系統框架及組成

2.1 雷達信號環境產生分系統

雷達信號環境產生分系統是整個系統的核心和關鍵部分，主要功能是在主控程序控制下，對系統設備各分系統進行狀態控制，生成預定的各種雷達信號，由寬帶天線通過空間輻射，實時仿真雷達的電磁信號環境，用來檢驗和測試雷達偵察裝備的性能。本系統在設計上采用微機控制多路直接數字合成(DDS)組件產生標準雷達中頻信號，使用直接頻率合成的方法產生寬帶多路小步進頻率源，中頻信號對本振信號進行直接上變頻合成，產生真實的分波段雷達射頻信號，經功率放大后饋送至分波段天線，由天線輻射至空間供雷達偵察裝備接收分析。采用這種方法，不僅可以產生比較復雜的雷達信號，而且可以獲得較高的信號質量。要在倍頻程帶寬范圍內產生各種類型的雷達信號波形，通過編程方式對信號載波、脈寬、重頻、脈內調制形式及輸出RF電平等參數任意組合設置，形成要求的雷達信號場景，就必須在一個系統中同時產生寬頻帶、多種工作方式、多種類型的雷達信號(即各種型號的雷達波形)。因此，采用模塊化、系列化的方式進行系統設計配置，并且采用DDS技術[13-14]、規范的高速數控接口和機內總線技術、高性能的超寬帶、捷變頻綜源技術和超寬帶微波電路技術等來完成雷達信號環境產生分系統的設計。雷達信號環境產生分系統由主控模塊、激勵源模塊、上變頻模塊、可編程幅度控制模塊、頻率合成模塊、功率放大模塊和電源模塊等3部分組成。

雷達信號環境產生分系統的組成原理如圖2所示。該分系統的主要功能有：

① 開機自檢，并將自檢結果經無線閉環控制分系統A傳送至控制計算機；

② 通過無線閉環控制分系統A、B與計算機進行信息交互，從計算機讀取控制信號并將設置信息反饋至計算機；

③ 在計算機的控制下，產生特定的標準信號，通過分波段天線輻射到空間供雷達偵察裝備接收分析。

圖2 雷達信號環境產生分系統的組成原理

雷達信號環境產生分系統在雷達工作的波段(S，C，X，Ku)上能根據系統設定的雷達信號技術參數，同時產生4路不同制式的標準雷達信號，用于裝備的測試和訓練。信號樣式主要有：脈沖雷達信號、頻率捷變雷達信號[15]、線性調頻雷達信號、連續波雷達信號、脈內編碼雷達信號[16-17]、非線性調頻雷達信號[18]及巴克碼信號[19-20]等。

2.2 無線閉環控制分系統

本系統采用射頻信號注入的方法對雷達偵察裝備進行測試和供用戶訓練，為了適應雷達偵察裝備的特殊工作環境和實時數據處理的需要，使用了無線閉環控制方法，整個系統分為信號控制部分和信號產生部分，其中信號產生部分與雷達偵察裝備保持一定距離，信號控制部分與雷達偵察裝備放在一起，二者之間通過無線通信方式進行數據交互。同時，為了對裝備測向性能進行測試，也需要在被測裝備與雷達信號產生分系統間進行數據交互，因此設計了無線閉環控制分系統來完成這些功能。

無線閉環控制分系統可分為A、B兩部分，主要由調制電路、解調電路、單片機及天線等部分組成，通過串口分別與雷達信號環境產生分系統和計算機相連接。無線閉環控制分系統結構組成如圖3所示。

圖3 無線閉環控制分系統結構組成

無線閉環控制分系統A的功能包括：

①接收雷達信號環境產生分系統的自檢和應答信號參數，并完成調制與發射。

無線閉環控制分系統A可接收雷達信號環境產生分系統通過串口傳來的應答信號參數，接收此數據后，在單片機中進行相應的處理，形成基帶信號送往調制電路，經射頻調制后由天線發射到無線閉環控制分系統B。

②接收無線閉環控制分系統B發射的雷達信號技術參數及相關應答信號。

無線閉環控制分系統A接收無線閉環控制分系統B送來的控制命令技術數據，實現解調，并通過串口送給雷達信號環境產生分系統。雷達信號環境產生分系統根據控制命令產生特定的雷達信號并發射。

③接收GPS定位信號并進行坐標轉換后發射到無線閉環控制分系統B。

無線閉環控制分系統B的功能包括：

① 接收無線閉環控制分系統A發射的應答信號并傳送到控制計算機。

② 從控制計算機接收命令字，并將此信息調制后發射到無線閉環控制分系統A。

③ 接收由無線閉環控制分系統A發送的坐標信號并與本地坐標聯合解算方位，并將此方位傳送到控制計算機。

2.3 功率擴展分系統

為了增加系統的作用距離和信號動態范圍，本系統除了在雷達信號環境產生分系統中設計了23 dBm的功放，還設計了功率擴展分系統。功率擴展分系統可以在系統輸出的基礎上，將功率放大到33～40 dBm，使系統作用距離大大增加。在設計時，采用了分波段寬帶功率放大器作為功率擴展分系統的主要組件。

2.4 控制計算機

控制計算機為自帶串行RS232接口的便攜式計算機，主要功能是：通過無線閉環控制分系統遠場控制雷達信號環境產生分系統；編輯設定雷達信號環境；分析測試結果；生成測試或訓練方案，對裝備狀態進行評估等。

2.5 軟件系統

為解決自動測試方案生成，各分系統狀態協調，通信保持不間斷無差錯等問題，系統構建了多進程協同控制測試方案生成技術為核心的軟件框架，建立了雷達信號環境產生分系統狀態控制、測試方案生成、信息發送、差錯控制以及無線通信無線閉環控制分系統的狀態測試控制、通信鏈路建立等進程。系統開機后，軟件根據初始狀態協同要求設立進程控制器，該控制器按照進程消息、控制數據流和指令流，分別協同狀態協同進程、測試評估進程、通信進程、鏈路檢測進程、定位解析進程、數據庫管理進程、方案生成進程、波形編輯進程和消息管理進程進行工作，按照編輯設定的參數將系統各部分按照協議建立通信鏈路，生成所需的方案。

3 系統試驗結果

對本測試系統的功能進行試驗。部分試驗結果如圖4和表1所示。

圖4 系統產生的典型信號

表1 系統的性能試驗結果

序號區分頻率/GHz脈沖寬度/μs脈沖周期/μs信號形式測試衰減測試結果1設定值2.005600單脈沖-30合格測量值2.000 05600單脈沖10合格2設定值2.633800單脈沖-30合格測量值2.630 13800單脈沖10合格3設定值5.0012600單脈沖-30合格測量值5.000 012600單脈沖10合格4設定值7.25601 000單脈沖-30合格測量值7.250 0601 000單脈沖-30合格5設定值9.0030400單脈沖-30合格測量值9.000 030400單脈沖9合格6設定值11.8325700單脈沖-30合格測量值11.830 025700單脈沖10合格7設定值13.0040800單脈沖-30合格測量值13.000 040800單脈沖9合格8設定值17.99501 000單脈沖-30合格測量值17.990 0501 000單脈沖8合格

測試結果表明，本系統設計合理，信號質量高，實現了4路不同波段不同體制的雷達信號同時輸出。

4 結束語

本文設計的系統能夠完成雷達偵察裝備的參數測試結論、性能分析；能夠完成雷達信號分選、偵收時間性能、測向性能的測試；能夠對各類雷達偵察裝備進行科學評估，從而滿足雷達偵察裝備基層級維修測試的需要，并為雷達偵察裝備的現場測試提供了切實可行的手段。

下一步將加大對非常規雷達頻段、制式和信號產生方式、以及對通信對抗偵察裝備、光電對抗偵察裝備的基層級測試方法和訓練手段的研究和牽引力度，研究更多頻段、更多信號形式的測試與訓練系統，為研制對抗偵察裝備的綜合測試系統打下基礎。