一種基于信道化的電磁兼容管控技術

邵文建王傳虎

(中國船舶集團有限公司第八研究院,江蘇 揚州 225101)

0 引言

現代艦船裝備了大量的電子設備,其中有些設備具有大功率發射源,如雷達、有源干擾設備、通信設備等。大量設備同時工作,不可避免地存在著干擾,而且艦體尺寸有限,各設備天線之間距離不可能很大,電子設備之間的收發隔離問題相當嚴重。同時,艦船的上層建筑本身就是多個電磁信號散射體,這些物體具有極其復雜的形狀,能以各種可能的方式產生阻擋、截獲、傳導、反射、散射、繞射和再輻射電磁信號,使得艦船電磁環境更加復雜,由此引起的全艦電子設備間的電磁兼容性問題層出不窮。

電子戰系統是艦船上工作頻率范圍最寬的設備,頻率范圍已經涵蓋了通信頻段和雷達頻段,同時其工作空域又是寬開的,所以其作戰性能極易受到本艦電磁兼容性問題的影響。因此,采取有效的電磁兼容控制技術和措施,提高裝艦環境下電子戰系統的電磁兼容性,保證設備作戰能力的發揮具有重要的作用。

隨著數字信道化接收機的普遍使用以及艦船復雜的電磁環境影響,常規的電磁兼容管控技術已經無法滿足偵察機的使用需求。研究一種基于數字信道化接收機的電磁兼容管控技術,其對電子戰偵察機具有重要意義。本文先介紹了常規電磁兼容管控的基本原理,重點對基于數字信道化的電磁兼容管控技術進行了分析。

1 電磁兼容管控原理

電子戰系統的工作頻率很寬,帶寬幾乎覆蓋艦上所有設備。工作頻段范圍內的雷達、衛通等有源設備工作時,會對電子戰系統偵察接收機產生干擾。電磁兼容管控的實質是通過一些技術手段,減少電子戰系統的效能損失,實現兼容工作。目前主要的電磁兼容管控手段有:極化域、功率域、頻域和時域等管控方法。

1.1 極化域管控

極化域管控是指有源天線與偵察接收天線形成正交極化的管控方式,使隔離度增加約25 dB。左旋圓極化與右旋圓極化間、垂直極化與水平極化間形成正交關系。圖1所示為各種極化天線匹配的增益衰減情況。將有源設備的天線與偵察接收天線設計成正交極化,可以有效地提高空間隔離度。該方法的優點是實現簡單、設備量小、成本低、效果明顯,適用于有源設備數量較少的安裝環境,當有源設備數量較多時很難實現互相正交極化。

圖1 各種交叉極化下的增益衰減

1.2 功率域管控

功率域管控是指根據有源設備的功率大小對偵察接收機靈敏度進行實時控制的方式。有源設備根據當前信號的功率信息進行綜合判斷,實時對偵察接收機進行靈敏度控制,減小有源設備主頻及雜散對偵察機的影響,同時偵察機能正常偵收外界信號,實現有源設備和偵察接收機的兼容工作。該方法的優點是實現簡單,設備量小;缺點是管控流程復雜,調試難度較高。

1.3 時域管控

時域管控是指雷達與電子戰偵察接收機在工作時間上錯開,實現分時工作,從而減少對電子戰系統作戰效能的影響。時域管控的工作原理是利用雷達發射的脈沖信號,產生寬度可調整的匿影波門信號。由于匿影脈沖經電纜傳輸至偵察接收機會產生時間差,因此匿影脈沖需要提前雷達脈沖時間給出。雷達脈沖結束時,雷達需要一定的響應時間才能關閉激勵,所以為了保證匿影脈沖有效,其后沿需要展寬時間。電子戰系統偵察接收機在匿影波門開啟的時間內不工作,從而消除了雷達脈沖信號對電子戰系統偵收性能的影響。該方法的優點是實現簡單,設備量小;缺點是管理不夠細,頻域損失大。時域管控的工作原理如圖2所示。

圖2 時域管控工作原理

1.4 頻域管控

頻域管控是根據雷達工作的頻段或頻點,電子戰偵察接收機錯開受干擾工作頻段,使設備干擾消失或減弱,頻域管控能保證相關設備作戰同時使用。如果雷達設備有多個工作頻段,則可以統一規劃設備的使用頻段,盡量減少電子戰偵察接收機頻域帶寬的損失。頻域管控方法實現上主要是在微波前端加不同頻段的帶阻濾波器,通過雷達給出的匿影脈沖啟動相應頻段的硬件帶阻濾波器,進行頻率避讓。該方法的優點是頻域損失小,效能影響小;缺點是設備量大,成本高,當有多個雷達工作時實現難度較大。頻域管控的工作原理如圖3所示。

圖3 頻率管控工作原理

常規電磁兼容管控方法是采用匿影脈沖結合固定帶阻濾波的方式。由管控設備通過網絡報文提前將需要管理的頻率通知電子戰偵察接收機,同時通過電纜硬線將匿影信號傳輸給偵察接收機。偵察機接收到管理頻率報文后,同時檢測與雷達設備間的匿影信號,如果匿影信號有效,則啟動相應頻段的硬件帶阻濾波器進行頻率避讓。該方法存在設備量大、造價高的缺點,只能對少數幾個雷達進行電磁兼容管控。常規管控工作原理如圖4所示。

圖4 常規電磁兼容管控工作原理

2 信道化管控技術

信道化管控技術是通過控制數字信道化接收機信道碼實現管控。管控設備將艦上輻射源頻率劃分成不同的子信道,通過光纖傳送信道碼和匿影波門給數字接收機。數字接收機將頻段劃分為多個子信道,監測匿影波門內管控設備輸出的信道碼,如果信道碼為1,數字接收機則關閉對應的信道。

通常單路光纖可以傳送幾十路信道匿影頻率及波門,大型艦船的輻射源設備數量一般不超過100,2～3路光纖可以實現電磁兼容管控。由發送端的并串模塊將路信道化匿影波門轉成串行數據,經光纖接口送至接收端的串并轉換模塊,將串行數據恢復成并行的路信道化匿影波門。由于采樣率的原因,恢復后的匿影波門相對原始匿影波門在時序上有抖動,按100 MHz采樣率、路匿影波門設計,因此,匿影波門相對射頻脈沖的提前時間大于。圖5所示為光纖傳送匿影波門原理圖。

圖5 匿影波門傳送原理

圖6所示為光纖傳輸接口協議,光纖數據傳輸采用報文幀格式,1幀傳輸數據為1幀報文,包括同步段,匿影波門。1幀報文數據長度固定,無校驗。接收端若接收錯誤,發送端不重新發送數據。同步段:每幀報文開始先發送8字節同步碼,用于數據同步。接收端接收解調出這兩字節報文頭可以判斷接收正常,接收的后續數據有效。數據段:報文傳送的數據,即對匿影波門進行采樣得到的數據。數字接收機接收到路信道化匿影波門后,判斷匿影波門對應的信道是否在數字接收機工作的頻帶內,如果在同一頻帶內,則關閉相應的子信道完成信道化匿影。圖7所示為信道化匿影原理示意圖。

圖6 光纖傳送協議

圖7 信道化匿影原理

3 結束語

本文介紹了一種基于數字信道化的電磁兼容管控技術,研究了一種基于數字信道化接收機的電磁兼容管控技術,對電子戰偵察機具有重要意義。信道化管控技術是一種靈活、高效、設備量小、成本低的電磁兼容管控技術。較常規管控技術,該技術能大幅提高管控效率,減少頻域損失,可以有效發揮電子戰系統的作戰效能。