孫成 魏文寶 張國龍

（南京電子技術(shù)研究所 江蘇省南京市 210013）

雷達探測能力的檢查是對雷達各項指標的復(fù)測過程，本文所說的雷達探測能力僅指雷達最大探測距離這一指標。在現(xiàn)代空戰(zhàn)中，先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵命中、先敵脫離，是現(xiàn)代空戰(zhàn)致勝的“四先”原則[1]。因此在態(tài)勢感知能力上占據(jù)優(yōu)勢是實現(xiàn)該目標的首要和關(guān)鍵因素。雷達是超視距態(tài)勢感知的重要工具，它的探測能力的好壞是實現(xiàn)先敵發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵因素，在戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)效能評估中，雷達最大探測距離評估占有重要的地位。傳統(tǒng)方法對雷達最大探測距離的評估通常是通過對天線方增益、發(fā)射功率、接收機靈敏度等指標進行測量，最終計算得出雷達的探測能力估值。測試時間長、環(huán)境要求高、測試復(fù)雜，特別是在外場難以實現(xiàn)。本文利用外置天線對雷達的探測能力進行檢測，可以快速的對雷達探測能力進行檢測。

1 測試方法對比

分段測試法：通過測量天線增益、最小可檢測功率、饋線耦合度、發(fā)射功率等參數(shù)，再根據(jù)雷達方程，算出雷達探測距離。優(yōu)點：在雷達單元級測試時即可完成，不需要進行整機系統(tǒng)集成。缺點：整機系統(tǒng)集成后，再進行單元測試需要進行拆機，且對環(huán)境要求高，在外場難以操作。由于雷達探測受到陣地環(huán)境和自身各種損耗的影響，且通常這些影響難以準確計算，所以計算結(jié)果通常與雷達陣地實際探測結(jié)果相比，誤差較大[2]。

注入式測試法：射頻注入式雷達測試系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁信號不經(jīng)過天線輻射，而是通過射頻電纜直接與被測雷達系統(tǒng)相連接，接收雷達的發(fā)射載頻信號作為激勵，測試系統(tǒng)對信號進行相關(guān)調(diào)制后，再注入雷達系統(tǒng)，用模擬產(chǎn)生雷達測試所需的電磁信號環(huán)境[3]。優(yōu)點：操作相對簡單，可對接收通道的整體性能進行檢測。缺點：無法真實模擬天線、通道對信號的影響。無法對雷達輻射功率進行測試，尚需單獨對發(fā)射功率進行檢測。

外置天線測量法：上述兩種測試方法除了上述的缺點外，在外場測試時，都需要對裝備進行分解測試，無法做到外場快速測試。因此我們提出了外置天線測量法，利用外置的天線，接收雷達輻射能量，測試雷達輻射性能；向雷達輻射射頻信號，測試雷達的接收性能；從而計算出雷達探測能力。在整機狀態(tài)下進行檢測，不需要對裝備進行分解，檢測簡單便捷，易于外場操作。在微波暗室進行測試時可以得到較高的測量精度，在滿足測量精度條件下，具備在外場空曠地帶測量能力。

圖1：雷達探測能力快速測試系統(tǒng)組成

圖2：最小功率測試圖

圖3：輻射功率測試

2 測試系統(tǒng)組成

雷達探測能力快速測試系統(tǒng)采用外置天線測量法，主要由四個功能部分組成，雷達輻射功率測試模塊、雷達最小可檢測功率測試模塊、距離測試模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。采用收發(fā)共用天線，通過波導(dǎo)開關(guān)進行通道轉(zhuǎn)換，見圖1。

雷達輻射功率模塊：通過測試標準天線接收雷達輻射功率，通過波導(dǎo)開關(guān)送至功率分析儀，進行功率測試，得到輻射功率。

最小可檢測功率模塊：通過對雷達的激勵信號進行下變頻，然后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在數(shù)字域?qū)夭ㄐ盘柕木嚯x延時、多普勒頻率、距離展寬特性等進行控制，然后再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。再將基帶模擬信號進行上變頻，使其頻率恢復(fù)到雷達發(fā)射頻率，功率控制對功率大小進行控制，通過波導(dǎo)開關(guān)送至測試天線進行輻射，不斷的減小輻射功率，直至達到雷達的最小可檢測功率。

表1：參數(shù)設(shè)置表

距離測試模塊：通過測距儀，測出測試天線和雷達天線之間的距離。

數(shù)據(jù)處理模塊：根據(jù)測試得到的輻射功率、最小可檢測功率、測試距離參數(shù)，測試系統(tǒng)本身的損耗參數(shù)，計算出雷達對不同RCS目標的探測能力。

3 測試原理

本文利用外置天線的方法，對雷達最小可檢測功率、雷達輻射功率進行測試，并根據(jù)雷達方程，計算出雷達探測能力也就是最大探測距離[4]。

根據(jù)雷達方程，雷達最大探測距離如式1所示。式中，Rmax為雷達最大探測距離。Pt為雷達發(fā)射功率，G 為雷達天線增益，λ 為雷達電波波長，σ 為目標有效散射面積，Simin為雷達最小可檢測信號功率。

3.1 最小可檢測信號功率測試

該參數(shù)與虛警概率、發(fā)現(xiàn)概率成函數(shù)關(guān)系。我們通常選擇恒定虛警概率和發(fā)現(xiàn)概率。本文中選取50%的發(fā)現(xiàn)概率[5]。如圖2所示，在雷達天線遠場[6]，測試系統(tǒng)天線正對雷達天線，測試系統(tǒng)向雷達天線輻射目標模擬信號，不斷的降低測試系統(tǒng)天線的輻射功率，直到達到雷達接收到的信號功率達到雷達接收最小可檢測信號功率。判斷標準為模擬目標出現(xiàn)閃爍，目標的發(fā)現(xiàn)概率達到50%。則雷達最小可檢測信號功率如式2所示。

式中Simin為雷達最小可檢測信號功率，Pmtmin雷達接收達到最小可檢測信號功率時，測試系統(tǒng)輸出功率。Gmt為測試系統(tǒng)天線增益，A 為雷達接收天線有效接收面積。Dmt為測試系統(tǒng)天線與雷達天線之間的距離。

3.2 雷達輻射功率測試

如圖3所示，在雷達天線遠場，測試系統(tǒng)天線正對雷達天線，雷達開機開輻射，測試系統(tǒng)對天線接收到的信號功率進行測試，則接收到的輻射功率見式3。

圖4：測試天線輸出功率測試

圖5：輻射功率測試

式中，Ptc為測試系統(tǒng)天線收到的回波功率，Pt為雷達發(fā)射功率，G 為雷達天線增益，Atc為測試系統(tǒng)天線的有效接收面積，Dtc為測試系統(tǒng)天線與雷達天線之間的距離。

3.3 雷達探測能力測算

將公式2、3 帶入公式1 可得。

由天線理論知道，測試系統(tǒng)的標準天線增益和有效面積有以下關(guān)系。

則公式4 可變?yōu)椋?/p>

測試系統(tǒng)用同一個標準天線進行收發(fā)，在位置不變的情況下，

式中，Ptc為測試系統(tǒng)天線收到的回波功率，D 為測試系統(tǒng)天線到雷達天線的距離，σ 為目標有效散射面積，Pmtmin雷達接收達到最小可檢測信號功率時測試系統(tǒng)天線的輸出功率。Gl為測試系統(tǒng)天線增益，λ 為雷達電波波長。

4 測試方法

根據(jù)公式可知，我們通過測試天線到雷達天線的距離D，喇叭收到的回波功率Ptc，雷達接收達到最小可檢測信號功率時發(fā)射標準天線的輸出功率Pmtmin，最終經(jīng)過計算得到雷達探測能力的評估，這些參數(shù)獲取的誤差決定了探測能力評估誤差。標準天線增益Gl參數(shù)隨著標準天線的選定為固定參數(shù)。

4.1 測試天線到雷達天線距離D測試

在外場為了便于測試，通常采用間接法進行測量，在雷達天線裸漏在外的情況下也可采用直接測量的方法。

間接測量：在外場雷達通常是裝在載機上的，通常需要脫去雷達罩才可以直接測量。在雷達罩不脫的情況下可以采用間接測量法來測量天線距離。測量測試天線到雷達罩前端的距離，再加上雷達天線到天線罩前端的距離，即可得出測試天線到雷達天線距離。雷達天線到天線前端的距離為固定值。

為了便于比對，我們通常將測試天線到雷達天線距離設(shè)為常量，保持不變。

4.2 測試系統(tǒng)天線輸出最小功率Pmtmin測試

如圖4所示，測試系統(tǒng)產(chǎn)生一個目標模擬信號，經(jīng)功率控制后，經(jīng)波導(dǎo)開關(guān)和相關(guān)電纜送至測試天線。功率控制到測試天線之間的損耗為Lm，功率控制輸出功率為Pm，則發(fā)射標準天線輸出功率見下式。

4.3 雷達輻射功率測試

如圖5所示，測試天線接收的回波信號通過測試天線進行接收。經(jīng)過波導(dǎo)開關(guān)和電纜送至功率分析儀進行測量。測試天線到功率分析儀的損耗為Lt，功率分析儀測試到的回波能量為Pgl，則測試天線接收功率Ptc見下式

4.4 探測距離計算

將測試數(shù)據(jù)帶入公式（7），即可算出探測距離。

5 測試結(jié)果驗證

對某型機進行了測試，為了便于比對，載機保持水平，雷達和目標設(shè)置保持一致，詳見表1。

將測試結(jié)果與載機實際飛行過程中的發(fā)現(xiàn)距離進行對比驗證。為了減少目標起伏特性對雷達探測距離的影響[7]，目標機盡量采用相同的姿態(tài)和進入角。我們對迎頭相對飛行模式下的發(fā)現(xiàn)距離進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果顯示發(fā)現(xiàn)距離排序和測算的探測能力排序基本相符合。一些不符合項主要是因為雷達采用了不同的頻率和目標截面積的起伏，對探測距離造成影響。

6 實際應(yīng)用

雷達的探測能力受到硬件和軟件兩個方面的影響，本測試系統(tǒng)針對發(fā)射鏈路、接收鏈路進行測試，主要針對硬件性能進行測試。

在外場使用中主要是進行同型機的比較，找出客戶擁有的同類設(shè)備探測能力強弱關(guān)系?？蛻舾鶕?jù)測試結(jié)果，配合定檢的其它測試結(jié)果，對產(chǎn)品相關(guān)器件進行更換調(diào)整，根據(jù)任務(wù)要求搭配出最合適的裝備，以保障 任務(wù)完成。因此，為便于進行類比時，雷達工作模式、工作頻率、模擬目標距離、速度設(shè)置基本保持一致。測試天線距離雷達天線的距離基本保持一致。

最小可檢測功率類比較大：最小可檢測功率變小，探測能力變強。影響最小檢測功率的有天線增益、接收通道耦合度、接收機靈敏度、頻譜純度、處理內(nèi)部噪聲等?？山Y(jié)合定檢情況進行相關(guān)器件更換。

輻射功率類比較小：輻射功率變大，探測能力也變強，影響輻射功率的有發(fā)射輸出功率、激勵信號、輸出通道耦合度、天線增益等?？山Y(jié)合定檢情況進行相關(guān)器件更換。

7 總結(jié)

本文結(jié)合外場裝備使用情況，針對客戶缺乏對雷達探測能力進行快速檢測和評估的手段問題，利用外置天線測試，給出了一種外場快速測量雷達探測能力的方法。從使用情況看，本測試方法可以有效地對雷達探測能力進行評估。彌補了以往設(shè)備定檢的不足，可以有效的輔助客戶，根據(jù)任務(wù)需求，更合理的進行裝備性能評估，校核系統(tǒng)靈敏度，改善雷達的目標發(fā)現(xiàn)能力，提升在復(fù)雜電磁環(huán)境下空戰(zhàn)的獲勝概率。