基于搜索警戒雷達(dá)對抗技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

文/程曦

雷達(dá)對抗主要是利用接收天線、信號處理設(shè)備、測向天線等，在“接收信號-判斷-測量頻率與數(shù)據(jù)-定位”的整個流程中完成偵查任務(wù)。由于在搜索實(shí)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(shù)。比如，在有源設(shè)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(shè)備方面主要利用具備散射電磁波包絡(luò)金屬箔條等物質(zhì)加以實(shí)現(xiàn)。

1 搜索警戒雷達(dá)對抗硬件平臺設(shè)計(jì)

圖1：系統(tǒng)組成原理框圖

確定設(shè)計(jì)的搜索警戒雷達(dá)硬件設(shè)備主要應(yīng)用于無人機(jī)機(jī)載后，結(jié)合當(dāng)前DRFM系統(tǒng)，從主要的未知雷達(dá)偵察、目標(biāo)雷達(dá)欺騙及干擾三項(xiàng)功能出發(fā)，分解出實(shí)現(xiàn)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(tǒng)架構(gòu)思路將硬件平臺結(jié)構(gòu)劃分成基帶處理與射頻兩大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，如圖1所示。

以基帶處理部分為例，在母板構(gòu)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(zhǔn)。其中電源模塊的主電源采用開關(guān)控制，待機(jī)電源以電池組件為準(zhǔn)。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(diǎn)源、接收支路、發(fā)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(shù)模轉(zhuǎn)換與數(shù)字頻率合成及模數(shù)轉(zhuǎn)換接口。其中，參考輸入由DDS與射頻部分，以及基帶部分時(shí)鐘分布模塊聯(lián)合提供；輸出方面采用多普勒基準(zhǔn)。由于基帶處理方面包括了控制與建模和數(shù)字接口，分別采用ARM和FPGA實(shí)現(xiàn)。射頻結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)處理，是通過頻綜（提供時(shí)鐘，基準(zhǔn)為100MHz）、變頻器（S波段轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)，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(shí)現(xiàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)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(zhì)基板FR-1Grade板材加工PCB，板材厚度：1.2mm；層數(shù)：十四層；尺寸：184mm×107mm，硬件實(shí)物如圖3所示。

針對搜索警戒雷達(dá)的DRFM系統(tǒng)及其對抗原理，進(jìn)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(zhǔn)。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(shù)據(jù)恢復(fù)功能方面的測試，以DAC測試及DAC數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。具體以DRFM基帶部分的DAC-FPGA分別向示波器/頻譜儀、PC時(shí)序分析進(jìn)行連接測試，實(shí)現(xiàn)方法是利用DAC恢復(fù)模擬由FPGA中DDS核形成的數(shù)字信號（正弦波信號10MHz）。

（3）各自單獨(dú)完成測試后，將ADC與DAC二者聯(lián)合，進(jìn)行直通模式下的聯(lián)合測試。具體測試是通過兩個接口之間的轉(zhuǎn)換完成，即先采樣ADC信號源波形，再轉(zhuǎn)換接口后利用DAC將其恢復(fù)。方案為數(shù)據(jù)時(shí)鐘（156.25MHz） ——ADC(4路 通 道 )——Data[95：0]+Data_clk——FIFO——MUX——DAC——OUT，其中，F(xiàn)IFO、MUX、DAC由Read_clk共同連接。

（4）雷達(dá)對抗參數(shù)控制問題，選擇飛控測試法，地面站設(shè)備模塊采用422接口連接形成數(shù)據(jù)鏈路。

（5）采用多普勒測試方法解決DDS輸出頻率問題。其中，設(shè)計(jì)的是400MHz的DDS系統(tǒng)工作頻率，按照輸出頻率=系統(tǒng)工作頻率×頻率控制字/232，計(jì)算可知多普勒頻率在50KHz范圍以內(nèi)。但是，當(dāng)上變頻放大多普勒頻偏時(shí)，如放大數(shù)據(jù)為7倍，則射頻頻偏與多普勒頻偏應(yīng)該滿足350Hz、50Hz。因此，在實(shí)際測試中應(yīng)用了頻率變化方案，主要是運(yùn)用頻率控制字加以調(diào)節(jié)，按照100MHz，0dBm基準(zhǔn)測試后，輸出頻率改變的前提下輸出信號也發(fā)生了變化，信噪比大約為70dB，如圖4所示。

圖2：Altium設(shè)計(jì)圖

圖3：硬件實(shí)物圖

圖4：DDS頻率輸出測試

以上測試結(jié)果表明：在DRFM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)功率的調(diào)整，滿足對于搜索警戒雷達(dá)對抗需求的基本目標(biāo)，這也為雷達(dá)搜索、欺騙、干擾提供了真實(shí)有效的前提條件。另外，通過對測試結(jié)果的分析，本次研究采用過零測頻算法對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的仿真數(shù)據(jù)表明測頻精度能夠獲得提升；而且，在應(yīng)用多相濾波器后測量輸出脈沖信號頻率，分辨率能夠達(dá)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(nèi)。在實(shí)驗(yàn)室模擬中成功后，這一設(shè)計(jì)方案獲得了應(yīng)用實(shí)踐，將其作為無人機(jī)機(jī)載匹配設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)實(shí)操作驗(yàn)證，證實(shí)搜索雷達(dá)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(wěn)固的勻速機(jī)械掃描功能，加上其雷達(dá)欺騙所需的空間分集方法，根本上能夠保證其自身達(dá)到對抗與警戒目的。

3 結(jié)束語

任何一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用都是為了達(dá)到其明確目標(biāo)，搜索警戒雷達(dá)及其技術(shù)的應(yīng)用也不例外。雖然通過無人機(jī)機(jī)載在大范圍、全方位探測實(shí)踐，驗(yàn)證了它對搜索目標(biāo)進(jìn)行先導(dǎo)識別、獲取數(shù)據(jù)，并判斷敵機(jī)威脅程度等功能。但依然可以繼續(xù)優(yōu)化，比如，以單天線為例，今后可以從單站轉(zhuǎn)移到對多站組網(wǎng)的嘗試；再如，可從目標(biāo)雷達(dá)轉(zhuǎn)移到多目標(biāo)雷達(dá)對抗嘗試等。從搜索警戒雷達(dá)對抗技術(shù)應(yīng)用向高效用轉(zhuǎn)化角度分析，未來它與其它搭載設(shè)備連合的可能性依然存在，因而也為其優(yōu)化帶來了新的具體方向。