基于DRFM技術的雷達標校器設計與實現(xiàn)

劉 勇，李國君，2

（1.92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001；2.海軍航空工程學院電子信息工程系，山東 煙臺 264001）

0 引言

如何在有限條件和時間內完成雷達測量性能評估，提高雷達研制、調試和驗收試驗效率是非常重要的問題。通常，雷達測量精度評估采用靜態(tài)檢查和動態(tài)檢查兩種方法：靜態(tài)檢查就是利用雷達標校器完成對雷達測量精度和工作性能的評價；動態(tài)檢查則是利用飛機或其他運動雷達目標來檢查雷達測量精度和工作性能。

傳統(tǒng)雷達標校器形成的回波信號一般具有如下幾個缺點[1]：

1）回波為理想點目標，回波幅度不能實時起伏，與真實復雜目標回波差距較大；

2）在滿足模擬目標回波與雷達間具備相參性的要求下，只能形成距離固定的目標回波，多采用光纖延遲線來實現(xiàn)；

3）無法全面兼顧回波速度、多普勒頻移和雷達相參這3個因素；

4）無法在回波中疊加各種雜波、干擾。

傳統(tǒng)雷達標校器形成的目標回波信號形式單一，與考核雷達各種性能指標的要求差距較大，不能全面考核雷達性能；對很多雷達還需要利用實際的運動目標來進行檢查，尤其是脈沖多普勒體制雷達，傳統(tǒng)雷達標校方法大大提高了雷達研制、調試和試驗鑒定的資金和時間成本。

數(shù)字射頻存儲器（Digital Radio Frequency Memory，DRFM）技術作為存儲和復制射頻信號的一種方法建立于20世紀80年代初，此后一直廣泛應用于雷達和電子對抗領域，其發(fā)展的推動力直接來源于電子戰(zhàn)欺騙式干擾技術的需求。由于DRFM能準確存儲雷達的發(fā)射波形，并在綜合控制器的管理下延遲適當時間，再施加需要的其他信息可模擬目標的各種信息以形成雷達回波。由于回波的模擬過程不依賴雷達的具體工作體制，采用DRFM技術的回波模擬不僅可以實現(xiàn)很多模擬策略，而且可以做到通用化，實現(xiàn)雷達性能的無線檢測。

1 基于DRFM的雷達標校器原理

傳統(tǒng)雷達標校器都是以光纖延遲線為基礎的單目標固定距離標校裝置，其基本原理如圖1所示：

采用DRFM技術后，可以利用原有標校器裝置中的接收、下變頻、上變頻及本振等設備替換其中的光纖延遲和衰減控制電路，升級成一部功能強大的新一代雷達標校器，其基本原理如圖2所示。

圖2 基于DRFM技術的雷達標校器

在實際雷達接收機處理中存在大量非線性環(huán)節(jié)（如限幅、量化和設備本身的非線性因素等）。因此，在中頻上對回波進行模擬會更加準確和合理；同時為了評估寬帶干擾信號對雷達接收機的干擾效果，也可以在中頻上進行信號模擬，增加雷達對抗和反對抗過程的真實程度。采用DRFM技術就可以實現(xiàn)上述功能。

為實現(xiàn)對復雜雷達波形的模擬，要求DRFM 具有以下特點：

1）大的瞬時帶寬以適應雷達頻率捷變帶寬和脈內調制；

2）由于大多數(shù)雷達都基于相參體制工作，為了產(chǎn)生有效干擾，產(chǎn)生的假目標必須具有相參特性；

3）能夠存儲和二次產(chǎn)生雷達脈沖，包括其脈內調制形式，并附加各種調制；

4）要求復制的雷達脈沖必須盡可能干凈，不帶有因量化、存儲、變頻等產(chǎn)生附加的寄生電平；

5）對于運動目標，要求有相應的多普勒調制；

6）可以基于雷達發(fā)射信號形成各種雜波，來逼近實際工作環(huán)境。

基于DRFM技術的新一代雷達標校器和基于光纖延遲線的傳統(tǒng)雷達標校器性能差異如表1所示：

表1 兩類雷達標校器性能對比

2 基于DRFM的雷達標校器實現(xiàn)

2.1 對頻率捷變的應對方法

頻率捷變體制雷達已廣泛應用，基于DRFM技術的雷達標校器必須考慮如何應對頻率捷變體制的雷達。

不同的雷達具有不同的捷變帶寬，若雷達捷變帶寬不是很大，比如小于200 MHz，則可以采用直接采樣方法。目前成熟的A/D 瞬時帶寬滿足要求，但是當捷變帶寬大于400 MHz時，就不宜選擇直接采樣方法，可考慮采用多路接收機方法。

由于雷達捷變頻率無法預知，采用多路接收機方法時需要解決的問題是頻率選通。借鑒干擾機工作原理，可采用接收機頻率偵聽思路，配合檢測門限來實現(xiàn)對雷達當前發(fā)射頻率的確認，為后續(xù)多普勒頻率疊加和幅度起伏等模擬奠定基礎。為了保證對信號無損失的采樣，需要對接收到的雷達發(fā)射信號進行延時處理，給檢測電路的確認留有時間，由于與干擾機的應用背景不同，這個延時可以在后續(xù)距離模擬延時中扣除，不影響雷達標校器的使用。

2.2 模擬策略的模型設計

雷達信號發(fā)射后，經(jīng)過與雷達環(huán)境的相互作用后（如散射體散射、大氣衰減、折射和多徑效應等）返回到雷達接收天線口面。對雷達回波的模擬，通常等效到接收機輸入端建立回波信號模型，并在模型中反映信號受雷達工作環(huán)境調制和雷達天線調制的影響，因而目標信號可視為發(fā)射波形經(jīng)過延遲和多普勒頻移并且幅度受到RCS 起伏調制后的復現(xiàn)波形，采用DRFM技術可將利用模型構建的信息疊加到模擬回波中，使回波形式具有多樣性，實現(xiàn)對雷達更加逼真的檢驗。

1）目標運動和多普勒頻率調制模型。

由于雷達獲得的是離散目標信號，即以一定時間間隔T 獲得的目標信息，當這個時間間隔足夠小時，可用直線段（或?。┤ケ平繕说娘w行軌跡，同時可以認為在微小時間間隔內目標是勻加速運動的。因此，任意飛行軌跡可視為直線運動和勻速空間圓周運動的組合。

坐標系采用站心地平面直角坐標系，正北方為X軸，正東方為Y軸，Z軸指向天頂，對于直線運動，若已知目標起始位置矢量(x0,y0,z0)、到達位置矢量(x1,y1,z1)、速度v、加速度a，可以建立目標運動軌跡如下：

上兩式中：

速度V在空間矢量T方向上的投影是引起目標多普勒頻移的目標相對于雷達的徑向速度v：

而目標的多普勒頻率為：

2）目標RCS 起伏模型。

一部雷達作用距離、定位精度和目標識別功能都與雷達目標的RCS 有密切關系，要正確描述RCS起伏，必須知道它的概率密度函數(shù)（與目標類型和典型航路有關）和相關函數(shù)。概率密度函數(shù)p (σ)給出目標截面積σ在σ和σ+dσ之間的概率，而相關函數(shù)則描述RCS在回波脈沖序列間的相關程度，雷達RCS 起伏隨機、不規(guī)律[2]，很難準確得到各種目標截面積的概率分布和相關函數(shù)，通常用一個接近又合理的模型來估計目標起伏影響。最早提出且目前仍然常用的起伏模型是Swerling模型。

Swerling模型具有4種經(jīng)典起伏模型，隨著雷達目標本身的發(fā)展，隱身目標、非良導體目標以及高速飛行體等出現(xiàn)，經(jīng)典Swerling模型已不能精確表述各類目標統(tǒng)計性能。

本文采用χ2統(tǒng)計模型[3]。

一個雷達散射截面的隨機變量σ的χ2概率密度函數(shù)為：

式(8)屬于新一代RCS 起伏統(tǒng)計模型，具有通用性，包含更多的雷達目標類型。其表達式簡潔，只有一個變參數(shù)，雙自由度k值可以不是正整數(shù)，擬合曲線精度高[4-5]，包含了經(jīng)典的4種Swerling模型：

a.當k=1時，式(8)為二自由度χ2分布，即Swerling-1型分布；

b.當k=2時，式(8)為四自由度χ2分布，即Swerling-3型分布；

c.當k=N時，式(8)可以表示Swerling-2型分布；

d.當k=2N時，式(8)則可以表示Swerling-4型分布。

3 基于DRFM的雷達標校器應用

應用DRFM技術已經(jīng)成功的設計了某雷達標校器并成功應用于某型雷達標校和模擬訓練工作中。該系統(tǒng)由接收和發(fā)射天線陣、接收外差下變頻器、DRFM組件、上變頻與功放、頻綜、信號測量及同步器、綜合控制器、系統(tǒng)控制計算機、自檢電路和二次電源組成。雷達標校器系統(tǒng)組成如圖3所示：

圖3 某雷達標校器系統(tǒng)組成框圖

雷達標校器的參數(shù)設置界面如圖4所示。

圖4 為雷達標校器參數(shù)設置界面

4 結束語

本文提出了基于DRFM技術實現(xiàn)雷達標校器的方法，使雷達標校器具有更強的模擬功能。通過加載合理的模型算法，使得模擬的效果更加逼近真實情況，具有較強的實用性。同時，該方法容易實現(xiàn)傳統(tǒng)標校裝置的升級改造，具有較強的工程應用推廣價值。

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