基于搜索警戒雷達對抗技術的實現

文/程曦

雷達對抗主要是利用接收天線、信號處理設備、測向天線等，在“接收信號-判斷-測量頻率與數據-定位”的整個流程中完成偵查任務。由于在搜索實踐中會遇到諸多干擾與阻礙因素，因而需要采取一些較有針對性的對抗技術。比如，在有源設備方面一般以噪聲壓制方式解決使對方無法檢測到有用信號的問題，在無源設備方面主要利用具備散射電磁波包絡金屬箔條等物質加以實現。

1 搜索警戒雷達對抗硬件平臺設計

圖1：系統組成原理框圖

確定設計的搜索警戒雷達硬件設備主要應用于無人機機載后，結合當前DRFM系統，從主要的未知雷達偵察、目標雷達欺騙及干擾三項功能出發，分解出實現所需要處理的問題主要集中于基帶與射頻兩個方面，從而按照系統架構思路將硬件平臺結構劃分成基帶處理與射頻兩大部分進行設計處理，如圖1所示。

以基帶處理部分為例，在母板構成中，包括電源模塊、中頻處理模塊、接收控制模塊等單元模塊，外接硬件以天線為準。其中電源模塊的主電源采用開關控制，待機電源以電池組件為準。中頻處理模塊采用DRFM基帶，并以其為中心串連在一起的各個部分，包括接點源、接收支路、發射支路、T/R組件等組成接收控制，最后將T/R組件連接到天線。DRFM基帶各部分的連接接口分別采用數模轉換與數字頻率合成及模數轉換接口。其中，參考輸入由DDS與射頻部分，以及基帶部分時鐘分布模塊聯合提供；輸出方面采用多普勒基準。由于基帶處理方面包括了控制與建模和數字接口，分別采用ARM和FPGA實現。射頻結構方面的設計處理，是通過頻綜（提供時鐘，基準為100MHz）、變頻器（S波段轉為中頻信號）、功率控制模塊（AGC、低噪放）三個方面的功能控制實現，可以使射頻與中頻完成連接并起到輔助DRFM基帶的作用。

2 硬件平臺的軟件測試及實現

根據設計原理，用Altium軟件繪制電路版圖，如圖2所示，選用酚醛樹脂類紙質基板FR-1Grade板材加工PCB，板材厚度：1.2mm；層數：十四層；尺寸：184mm×107mm，硬件實物如圖3所示。

針對搜索警戒雷達的DRFM系統及其對抗原理，進行以下幾方面測試：

（1）基帶部分高速采樣情況的測試，以ADC測試及其樣本為準。具體為：信號源E4438C—50MHz，0dBm正弦波—DRFM基帶部分（ADC-FPGA）—JTAG—PC（ILA核顯示）。

（2）數據恢復功能方面的測試，以DAC測試及DAC數據為準。具體以DRFM基帶部分的DAC-FPGA分別向示波器/頻譜儀、PC時序分析進行連接測試，實現方法是利用DAC恢復模擬由FPGA中DDS核形成的數字信號（正弦波信號10MHz）。

（3）各自單獨完成測試后，將ADC與DAC二者聯合，進行直通模式下的聯合測試。具體測試是通過兩個接口之間的轉換完成，即先采樣ADC信號源波形，再轉換接口后利用DAC將其恢復。方案為數據時鐘（156.25MHz） ——ADC(4路 通 道 )——Data[95：0]+Data_clk——FIFO——MUX——DAC——OUT，其中，FIFO、MUX、DAC由Read_clk共同連接。

（4）雷達對抗參數控制問題，選擇飛控測試法，地面站設備模塊采用422接口連接形成數據鏈路。

（5）采用多普勒測試方法解決DDS輸出頻率問題。其中，設計的是400MHz的DDS系統工作頻率，按照輸出頻率=系統工作頻率×頻率控制字/232，計算可知多普勒頻率在50KHz范圍以內。但是，當上變頻放大多普勒頻偏時，如放大數據為7倍，則射頻頻偏與多普勒頻偏應該滿足350Hz、50Hz。因此，在實際測試中應用了頻率變化方案，主要是運用頻率控制字加以調節，按照100MHz，0dBm基準測試后，輸出頻率改變的前提下輸出信號也發生了變化，信噪比大約為70dB，如圖4所示。

圖2：Altium設計圖

圖3：硬件實物圖

圖4：DDS頻率輸出測試

以上測試結果表明：在DRFM系統結構中，能夠通過基帶處理與射頻處理完成針對中頻信號及其變頻機功率的調整，滿足對于搜索警戒雷達對抗需求的基本目標，這也為雷達搜索、欺騙、干擾提供了真實有效的前提條件。另外，通過對測試結果的分析，本次研究采用過零測頻算法對設計方案進行了優化，優化后的仿真數據表明測頻精度能夠獲得提升；而且，在應用多相濾波器后測量輸出脈沖信號頻率，分辨率能夠達到152.25KHz，信號存儲容量也得到了有效壓縮，有效的將FPGA資源量占比控制在了31%左右的范圍之內。在實驗室模擬中成功后，這一設計方案獲得了應用實踐，將其作為無人機機載匹配設備進行現實操作驗證，證實搜索雷達在適用的頻段（L或S），集合高效的脈沖組信號類型與頻率穩固的勻速機械掃描功能，加上其雷達欺騙所需的空間分集方法，根本上能夠保證其自身達到對抗與警戒目的。

3 結束語

任何一項技術的應用都是為了達到其明確目標，搜索警戒雷達及其技術的應用也不例外。雖然通過無人機機載在大范圍、全方位探測實踐，驗證了它對搜索目標進行先導識別、獲取數據，并判斷敵機威脅程度等功能。但依然可以繼續優化，比如，以單天線為例，今后可以從單站轉移到對多站組網的嘗試；再如，可從目標雷達轉移到多目標雷達對抗嘗試等。從搜索警戒雷達對抗技術應用向高效用轉化角度分析，未來它與其它搭載設備連合的可能性依然存在，因而也為其優化帶來了新的具體方向。