楊振強 高玉良 翁呈祥

(空軍雷達學(xué)院研究生管理大隊1) 武漢 430019)(空軍雷達學(xué)院信息對抗系2) 武漢 430019)

1 引言

無源雷達是一種被動的防空體制雷達,由于受時差定位體制的約束,雷達的各站在分開布站的情況下是無法實現(xiàn)目標的定位的[1]。無源雷達模擬器是以時差定位原理為基礎(chǔ),通過將假想目標的射頻時差信號輸入到相應(yīng)的雷達各站,從而使雷達各站無需分散布開,即可實現(xiàn)假想目標的定位。

無源雷達在工作中,不同目標的信號類型和信號參數(shù)是不同的。同時,受目標距離的變化及目標飛行方向變化等因素的影響,雷達各站所接收到達目標信號的幅度會不斷的改變。無源雷達模擬器要較真實的模擬目標信號,不僅要實現(xiàn)不同目標信號類型及信號參數(shù)的模擬,同時要模擬不同條件下所接收到的信號幅度。

本文從兩種工作模式,分析了信號幅度的計算方法,并進行了仿真。根據(jù)模擬器幅頻特性引起的幅度變化,提出了幅度調(diào)整的方法。

2 幅度算法

無源雷達模擬器有兩種工作方式,注入法和輻射法(近距和遠距)。不同的工作方式,幅度數(shù)據(jù)的算法是不同的。本文關(guān)于幅度的計算,是以點目標信號為基礎(chǔ),進行定性的分析,不考慮目標飛行方向和天線掃描等因素引起的信號幅度的變化。

2.1 注入法幅度算法

注入法是將模擬器產(chǎn)生的射頻信號經(jīng)射頻電纜直接注入無源雷達的接收天線。其信號幅度的計算公式如下[2]:

式中Pr為接收信號的功率,Pt為目標信號峰值功率,Gt為目標天線的增益,Ar為無源雷達的天線有效截面積。

天線增益與天線有效截面積的關(guān)系為:

式中Gr為接收天線的增益,λ為信號波長。由于波長與頻率的關(guān)系為λ=c/f,帶入式(2)得:

對上式兩邊取對數(shù),采用分貝的方式表示,得到幅度的計算公式為:

式中Pt的單位為w,freq的單位為MHz,Rpd的單位為km,Gtt和Grr為增益的分貝數(shù)。

2.2 輻射法幅度算法

輻射法是將射頻信號經(jīng)強方向性的天線相應(yīng)的輻射到雷達的接收天線,實現(xiàn)信號的輸入。要實現(xiàn)目標信號幅度的模擬,目標信號到達雷達接收天線的功率密度與模擬器天線到達雷達接收天線的功率密度要相等。即應(yīng)滿足公式:

式中Ps為模擬器信號峰值功率,Gs為模擬器天線的增益,Pt為目標信號峰值功率,Gt為目標天線的增益。R為目標到雷達距離,Rs為模擬器天線到達雷達天線的距離。對式(6)化簡得到公式如下:

式中Pt的單位為w,Rpd的單位為km,Rs的單位為m。Gtt和Gss為增益的分貝數(shù)。

注入法時,模擬器的信號直接注入雷達,在不考慮射頻電纜衰減時,其計算的信號幅度Prr也就是設(shè)備輸出的信號幅度Pss,等同于輻射法時計算的信號幅度。

3 信號幅度的取值范圍

要使模擬器可工作在兩種方式下,就要對兩種方式下信號幅度的取值進行計算,從而決定模擬器信號的輸出功率和衰減器的動態(tài)范圍,使兩種方式的信號幅度在模擬器的可控范圍之內(nèi)。

3.1 注入法幅度仿真

對于注入法,假定Pt為1kw,Gtt為25dB,Grr為 20dB,頻率在6GHz～18GHz變化。則接收信號幅值與頻率的特性關(guān)系如圖1所示。

從圖中可以看出,信號幅度取值范圍為-95dB～-65dB。

圖1 幅度—頻率曲線

3.2 輻射法幅度仿真

輻射法在實際應(yīng)用中分為近距輻射法和遠距輻射法。假定 Pt為1kw,Gtt為 25dB,Gs s為20dB,天線距離在0～0.5m和10～50m變化。其幅度距離曲線如圖2所示。

圖2 幅度—距離曲線

比較圖1和圖2可知,在目標參數(shù)相同的情況下,近距輻射時天線距離在0.1～0.5m范圍內(nèi)變化時,其幅度取值范圍為-97dB～-63dB,與注入法時幅度范圍相當。當輻射距離在10m～50m之間采用遠距輻射時,信號的幅度在-60～-20dB范圍內(nèi)變化。

由此可知,若想使模擬器同時具有這兩種工作方式,就要選擇大動態(tài)范圍的衰減器和適當?shù)哪M器信號的峰值功率。如果近距距離為0.2m,遠距為20m時,信號幅度的變化范圍為-33dB～-95dB,限定模擬器信號功率為-30dB,選用64dB的衰減器,當信號頻率在6GHz～18GHz范圍內(nèi),目標距離在50km～400km范圍內(nèi)時,使模擬器工作在兩種工作模式下。

4 幅度調(diào)整

因為微波器件本身固有的頻率特性,對不同頻率的信號,模擬器輸出信號的幅度是不同的。在不考慮目標信號幅頻特性的情況下,為了較“真實”的模擬目標信號,可以采用兩種方法:隨工作頻率改變輸出信號的幅度參數(shù)和歸一化整個頻段內(nèi)信號輸出幅度。第一種方法是在衰減器衰減為0dB時,對模擬器整機的不同頻點的幅度數(shù)據(jù)進行采樣,繪制整機幅頻特性曲線,通過插值的方法,獲得不同頻點的幅值,作為模擬器的輸出功率;第二種方法是以頻段內(nèi)幅值最低點為參考值,對其他頻點的信號進行差值衰減,使不同頻點輸出信號的幅度相等。

圖3 整機幅頻特性曲線

由圖1可知,注入法時信號幅度隨頻率的升高呈遞減趨勢,而輻射法時信號幅度不隨頻率而改變,所以本文采用改變信號幅度參數(shù)的方法,以此來計算信號的衰減幅度。實際測得的整機幅頻特性曲線如圖3所示。

根據(jù)信號的頻率,以整機幅頻特性為基礎(chǔ),通過插值得到該頻點的幅度參數(shù),作為模擬器的輸出功率,以此來計算衰減器的衰減幅度,從而較“真實”的模擬信號幅度的變化。

5 結(jié)語

本文討論了無源雷達模擬器在不同模式下幅度數(shù)據(jù)的計算方法,并對不同模式下幅度的取值范圍進行了仿真,得到兩種工作模式下,信號參數(shù)的需求及天線間距的取值。針對由器件的幅頻特性引起的信號幅度的變化,采用輸出功率調(diào)整的方法實現(xiàn)信號幅度的調(diào)整,從而可“真實”的模擬目標信號。對于目標頻率特性、目標飛行方向和波瓣函數(shù)引起的信號幅度的變化,還需進一步研究。

[1]翟偉建,戴國究.無源雷達淺析[J].電子對抗,2003,89(2):41～46

[2]丁鷺飛,耿富錄,等.雷達原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006

[3]王小謨,匡永勝,陳忠先,等.監(jiān)視雷達技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008

[4]潘晶晶.目標模擬器的設(shè)計[M].南京:南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005,6