炮位侦察校射雷达射频回波模拟器技术研究

■ 许冰清 叶 芃 王建军



炮位侦察校射雷达射频回波模拟器技术研究

■ 许冰清 叶 芃 王建军

本文通过对炮位侦察校射雷达的作战用途和工作模式的分析研究，对非实战条件下的使用及训练提出了新的仿真模拟方式，有效解决了炮位侦察校射雷达调试、训练过程中的关键技术和难题，具有重要军事应用价值和显著的经济效益。

1.前言

炮位侦察校射雷达是八十年代首先由美国研发并投入使用的一种战场侦察雷达。这种雷达无需与敌方火炮阵地通视，仅需搜索跟踪敌方火炮发射的弹丸即可精确确定敌方火炮阵地位置坐标。炮位侦察校射雷达既能快速侦察敌方炮兵阵地，又能对我方炮兵射击进行校正射击，反应速度快，定位精度高，是炮兵实施精确侦察、快速反击的有力武器，极大地提高了炮兵战场情报保障能力。炮位侦察校射雷达因而受到世界各国的高度重视，得到快速发展。

在非实弹射击条件下，因目标环境无法满足炮位侦察校射雷达的战术使用要求，无论是在生产调试阶段或作战训练过程中，如何检验雷达搜索、验证、跟踪性能，判断雷达工作状态，如何实施雷达侦察校射作业训练，一直是世界各国炮位侦察校射雷达研制和使用中的难题。研制和开发能够全面测试和检验炮位侦察校射雷达性能、判断雷达是否故障、简化雷达训练方式的机外空馈目标生成系统（即雷达射频回波模拟器），是解决上述问题的重要途径，不仅能为炮位侦察校射雷达日常训练提供有效手段，而且对炮位侦察校射雷达研制开发和检测维修保障提供一种新手段，具有重要军事应用价值和显著的经济效益。

2.发展现状

一些发达国家普遍使用雷达信号生成装置，凡是用雷达作为探测手段的武器系统，一般均配有比较先进的雷达信号产生装置，以逼真地模拟雷达实际工作情况。目前美国已有两百多家公司在研制训练模拟器材，每年投资十多亿美元，美国国防部所属的三军都成立了人机环境研究所，从事军用训练模拟器材研发工作。

美国Melibu Research公司研制的采用计算机+雷达信号生成装置硬件系统结构的雷达环境模拟设备，主要针对AN/TPQ-36/37相控阵雷达整机调试和性能测试的雷达模拟器，该雷达环境模拟器RES能够模拟含有目标、噪声、地杂波、海杂波和电子战等各类环境下的雷达回波，可提供射频、中频、视频和数字等四种形式雷达回波信号。

欧洲COBRA雷达的弹道目标回波信号生成系统采用了44个天线单元，天线支架高1229.36cm，两个相邻天线单元的距离为13.97cm，雷达与系统径向距离186.3m，两个单元对雷达天线相位中心张角0.43°，模拟目标运动仰角范围：1.8°～4°。能检验COBRA雷达的定位性能。

国内从上世纪90年代开始相继出现有关雷达信号模拟装置的研究报告，但多是基于雷达视频回波信号的模拟而开发研制，而能够在脱机情况下实现雷达目标射频回波信号模拟的模拟设备较少，尤其是弹道目标信号生成装置的研制目前尚处空白。

3.系统组成与作用原理

3.1系统组成

射频回波模拟器系统主要由天线、主机、放大模块、升降杆、存放箱及绕线盘等组成。

3.2作用原理

射频回波模拟器工作原理框图见图1，射频回波模拟器工作时，天线挂装在升降杆上，由电缆连接到升降杆下的主机，主机由雷达本体经电缆提供激励信号，雷达提供AC220 V交流电（或者使用市电）。

遥控软件运行在雷达操控终端上（或独立的电脑上），通过RS485接口同主机通信，遥控软件运行时提供射频回波模拟器操作的人机界面，操作人员可通过键盘、鼠标设置射频回波模拟器的工作频率、工作方式等工作参数，并通过调用弹道回波数据生成软件生成一组要模拟的弹道回波数据，遥控软件将这些参数和数据通过有线通信电缆发送到主机，主机根据这些参数和数据对接收到的雷达信号进行相应的信号处理，形成模拟回波信号，并发射出去，雷达接收到回波信号后就可以解析出弹道信息，完成模拟训练的功能。

4.关键技术分析

射频回波模拟器主要有如下关键技术：一维天线阵技术和数字信号处理技术

天线是用来接收雷达的发射信号，并在目标模拟的位置辐射模拟回波信号。一种天线形式是单元阵，若模拟目标运动的效果不影响雷达的跟踪性能，单元间距对雷达的张角应小于雷达跟踪测角的精度，再选取模拟目标的仰角运动范围（一般3°左右），可得到需要的辐射单元数目，每个辐射单元需要相应的电缆、射频控制开关等，设备量多，成本相对较高。

另一种天线形式是采用一个单元仰角沿导轨运动的方式，模拟弹道目标仰角的运动，则省掉了大量的射频开关，仅需要一根射频电缆，采用这种天线形式的技术难点在天线折叠结构的设计，导轨的设计和天线单元沿导轨运动速度的限制。另外，电机启动时的电流很大，会造成直流电源电压的下降，使其他电路工作不正常，电机开始运动和终止运动的安全保护，是一个必须考虑的安全因素，电机加速减速过程也使得匀速运动的行程范围变小，天线运动行程要考虑加速减速段，虽然设备量少，但可靠性和安全性低。

综上所述，选择天线单元阵虽然成本有所增加，但是设备安全可靠，模拟的目标速度也能满足要求，天线单元阵采用一维线阵，用1根射频电缆和1根多芯控制电缆同主机连接。可综合考虑射频开关、运输和架装条件，将天线单元阵分为若干辐射组件，每个辐射组件通过稳幅稳相电缆与射频开关相连，辐射单元均匀分布在辐射组件上，天线辐射单元为微带线形式，极化为垂直线极化。射频开关主要完成天线辐射单元的切换。

数字信号处理单元技术主要通过数字信号处理单元实现，数字信号处理单元分为速度处理子模块和距离处理子模块。速度处理子模块采用直接数字合成（DDS）方法，以固定频率精度的时钟为基准，产生频率和相位可调的输出信号。

目前DDS频率控制字可达24～48位，因此可以产生高精度的轨迹信号；距离处理子模块产生轨迹距离延时，延时的最大范围取决于存储器的存储深度，延时精度取决于读写控制的时钟周期。

数字信号处理过程主要由A/D、信号处理、信号存储、D/A组成。数字信号处理单元接收射频收发单元输出的中频信号，经过 A/D采样后进行正交变换，在数字域加入目标的多普勒和延时，进行正交逆变换然后再进行D/A变换产生中频模拟回波信号，实现弹道特征参数在信号上的调制，然后输出到射频收发单元。

5.发展趋势分析

炮位侦察校射雷达射频回波模拟器技术发展未来呈现以下趋势：

5.1二维天线阵技术

受限于一维天线阵，射频回波模拟器只能在方位或者俯仰上进行变化，而如果采用二维天线阵技术，则可以使射频回波模拟器实现在俯仰和方位上同时变化，更符合实际弹道目标回波的变化。

5.2多种弹道目标类型

随着炮位侦察校射雷达针对的目标种类的增多，射频回波模拟器需要模拟的弹道类型也应更加丰富，而每种弹道目标的弹道系数、弹径、速度、射角、RCS等参数都不尽相同。所以射频回波模拟器的一个发展趋势就是能够模拟各种型号规格的火炮（火箭炮）等弹道目标的弹道回波信号。

（作者单位：陆军南京军事代表局驻扬州地区军事代表室）