综合射频系统在新型装甲平台中的应用*

马 可，王仁涛，李慧敏

（西安电子工程研究所，西安 710100）

综合射频系统在新型装甲平台中的应用*

马 可，王仁涛，李慧敏

（西安电子工程研究所，西安 710100）

为了应对未来信息化战争对坦克装甲平台电子射频系统提出的更高要求，提出将综合射频系统应用在新型装甲平台上。该系统采用综合孔径方式设计，可完成对空目标搜索、精确跟踪、威胁判断、电子对抗、火力指引、毁伤评估等功能，在装甲平台防护中具有至关重要的作用。首先，介绍了装甲平台的多功能综合射频系统；其次，详细分析了该系统的组成、功能和特点，简要描述了作战中的应用模式；最后，针对综合射频系统在新型坦克装甲平台的进一步应用提出了发展建议。

综合射频，坦克装甲车辆，装甲平台，主动防护

0 引言

综合射频系统是指利用宽带多功能的射频孔径代替传统平台上的射频系统，实现雷达、电子战、通信、导航、目标识别等功能的电子系统［1］。综合射频系统已经在航空平台［2-3］和舰载平台［4-5］上得到应用，并在飞航导弹平台［6-8］上开始有所研究。但是对于坦克装甲平台，目前还没有应用综合射频系统的相关报道。

随着军事电子技术和精确打击技术的快速发展，坦克装甲平台面临的威胁日益增多，其工作的电磁环境也日益复杂，为了能有效应对未来作战任务，新型装甲平台必须由机械化引领发展到信息化引领，加大电子信息装备的应用。而装甲平台空间小，任何单一电子战装备或者多种电子战装备的简单叠加，已经无法满足未来装甲平台发展的需求。因此，需要构成一种综合性的车载电子作战系统以适应未来信息化高技术战争的要求，集主动防护、电子对抗、通信导航和敌我识别为一体的多功能综合射频系统是广义的电子战系统，也是未来车载电子系统发展的必然趋势。目前，这种综合射频系统已引起各国的高度关注，并已在欧美等军事强国陆、海、空军得到了初步应用［9-11］，发展势头十分迅猛，综合射频技术已成为国内外综合电子技术研究的一个新热点，并且美国已经开始建立综合射频系统的国防工业标准［12］。

对于应用在新型坦克装甲平台上的综合射频系统，是指对全车的射频传感器进行统一规划和整合，通过射频天线和前端、信息预处理与控制等资源的共用与复用，实现雷达目标搜索、电子对抗、通信导航和敌我识别任务的统一管理、控制和调度。在尽量少的射频天线和前端硬件支持下，尽可能多地实现和完成多项信息化功能，并提高整个平台的雷达散射特性和电磁辐射特征的隐身性能。

在本文中，提出一种基于新型装甲平台的综合射频系统，其将主动防护、电子侦察、电子干扰、环境感知等功能的孔径进行综合化设计，有效减少了装甲平台系统所需的天线口径数目，极大地提高了系统资源的共用性和有效性，同时通过优化频谱资源管理，极大地改善了整个平台的隐身性能。

1 综合射频系统分析

未来坦克装甲平台多功能综合射频系统的主要功能有：战场态势感知、多模式野战通信、近程主动防护、多频段电子对抗、组合导航定位、敌我识别和场景感知成像。为了能有效地实现系统的总体功能要求，根据不同功能对天线及射频前端的要求，将整个系统分为多个射频孔径实现，每一个孔径均采用一体化设计方式，将有源天线、集成射频前端、多路高速数字采样、数据预处理和高速光电转换与传输部分一体化集成，实现不同作战功能。

采用分布式超宽带有源数字阵列天线实现综合射频传感器，满足超近程主动防护、环境感知、无源探测与干扰的功能要求。在系统设计上采用瓦片式集成前端模块结构替代传统的砖块式集成结构形式，整个探测器分为若干个子模块，既可独立安装在装甲车辆的顶部，也可以一定的角度安装在装甲车辆四周，能有效地和平台共形，不影响平台的隐身性能。

1.1 系统组成与工作原理

基于新型装甲平台的综合射频系统，其传感器有若干个分布式子模块组成，每一个子模块具备独立工作能力，各负责一定空域范围，整体合成工作可有效实现对360°半空间的波束覆盖。每个子模块均采用一体化共孔径天线设计方式，将系统所需的有源天线、集成射频前端、多路高速数字采样、数据预处理和高速光电转换与传输部分一体化集成。子模块综合射频预处理与控制系统之间相互连接主要有两组接口，一组是光纤数据接口，一组是电源接口。整个传感器虽然内部电路构成复杂，但整体对外电气与机构约束条件简洁、可靠，这也使整个系统安装方便、易于共形、抗干扰性能强、对相关设备的影响小，同时也能有效满足总体电磁兼容性和隐身性能设计要求。其系统构成示意图如图1所示。

图1 综合射频系统构成

每个子模块又由共孔径天线、毫米波射频集成前端、高速采样与控制等部分组成，其中共孔径天线包含有3 mm圆极化宽带天线、8 mm宽带数字接收阵列天线、8 mm宽带圆极化发射天线；综合射频集成前端包含毫米波双频宽带发射机、毫米波双频宽带数字接收机、多功能频率综合器；高速采样与控制部分包含有高速AD/DA转换板、信号处理与综合控制板、光电信息转化与高速传输板。子模块在实现主动防护功能时，主要是采用基于准连续波体制或连续波体制的两维数字同时多波束形成，探测方式发射宽波束，多个数字同时多波束接收，在各接收波束内实现对来袭目标的检测；在实现电子对抗功能时，主要采用宽带天线与数字接收系统实现电子威胁信号的侦察，并通过简易射频存储调制转发方式实现灵巧干扰；在实现周围环境感知时，主要是利用主动防护功能中，对地指向的多个数字波束单独检测。其组成框图如图2所示。

图2 子模块组成

考虑到系统的8 mm数字接收阵列天线、8 mm波段发射天线与3 mm波段的告警与干扰天线3部分封装于同一矩形口径中，同时工作时可能存在相互干扰。因此，在系统设计时主要采取了3种方式进行相互隔离，分别是：①由新型复合材料构建隔离带进行表面电磁波与空间电磁波的隔离；②通过射频集成前端多腔室设计减少系统传输链路间电磁泄露；③在工作频率和工作时序上进行部分隔离。

系统的多功能频率综合器采用DDS技术，具有能够同时产生多种类型的辐射信号功能。高速AD/DA转换板、信号处理与综合控制板，主要由FPGA和DSP芯片等器件构成，其中数字波束形成，数字脉冲压缩、多脉冲相参积累，在FPGA中进行，CFAR检测，单脉冲测角在DSP中进行。光电信息转化与高速传输板主要由高速光电转换器、光电驱动器和光纤接口组成，完成信息的高速传输。

1.2 系统应用模式分析

综合射频系统的工作主要是根据平台中附带的毫米波、激光、红外一体化告警装置提供信息启动系统；或是跟踪外部情报信息启动系统；再或根据本平台作战人与实际需要启动系统对目标进行搜索。搜索工作模式时，采用固定波束准连续波形式实现来袭目标的快速搜索；跟踪工作模式时，采用大带宽线性调频连续波实现目标信息的精确测量；火控模式时，采用小区域多组数字单脉冲联合测角法给出精确的测角信息；干扰工作模式时，一方面利用平台自带的干扰手段进行干扰，也可采用自身设备对来袭目标发射的特征信号进行数字存储与分析，进行调制与转发，实现信息欺骗的灵巧型干扰。

系统的工作流程如下：首先，由频率综合器产生发射信号、本振信号和定时基准信号。发射信号经固态发射模块功率放大，由发射天线向空间发射出去；其次，目标反射回波经接收天线混频，取出目标视频回波信号，对目标视频回波信号进行A/D变换、频谱分析、相参积累处理，实现对目标的检测及对其幅度、距离、速度、方位、俯仰等信息的提取，信号处理器采用相邻3个周期的对消处理和距离多谱勒频率二维恒虚警来抑制地物杂波；最后，将目标检测结果通过数字接口上报系统主控计算机。

当系统搜索到目标后，立即对目标进行精确跟踪，并建立航迹，根据所探测到的目标各项信息进行威胁判断。如果属于对本车造成巨大威胁的目标则系统进行标识，提供信息给作战人员或根据预设程序，启动干扰设备（如烟雾弹、激光诱饵、红外干扰和水雾防护）对目标进行干扰和诱骗，使来袭弹药误入歧途，偏离预定攻击目标。传感器系统对干扰效果进行评估，看威胁是否消除，如果消除，传感器系统则继续转入搜索状态，进行警戒；如果没有消除，则进一步对其进行精确跟踪，提供目标实施位置信息进行火控解算，并指引目标拦截火力进行硬杀伤。图3为系统主要工作流程。

在坦克装甲平台的综合射频系统中，主动防护探测传感器系统是整个多功能综合射频系统的信息化核心，发挥了目标搜索、跟踪、威胁判断、电子对抗、火力指引、毁伤评估等多种功能，有效提高了多功能综合射频系统的综合信息处理能力，是坦克装甲车辆在信息化作战中的又一利器。

图3 系统主要工作流程

1.3 系统工作特点

坦克装甲车辆的综合射频系统具有以下特点：

①轻薄化、模块化、高集成化。系统采用瓦片式数字阵列模块设计，收发前端采用一体化设计和微组装技术，减小体积和重量，提高前端工作稳定性和可靠性。多芯片组件技术将有源器件和无源器件，通过微带或带状线组合成不同功能的电路模块，使微波电路具有更高的可靠性、更好的性能，更小的尺寸。

②同时完成多种功能，整个武器系统简化。由于系统采用数字相控阵体制，可以通过阵列天线、多功能信号产生和接收、数据处理等来实现多功能。一部综合射频系统就相当于多部专用雷达，能实现多目标搜索、精确跟踪、火力指引、电子干扰、毁伤评估等多种功能，不需要额外增添其他防护设备，因而极大地精简了系统的设备，提高了坦克装甲车辆的机动性。

③与平台共形能力好。天线系统采用贴合载体外形或局部的构造，利用共形天线技术在增大天线视场的同时，动态提升载体的隐身能力。

④低成本。系统采用有源收发分置方式，小规模的发射阵列，大规模的接收阵列，发射宽波束同时接收多个窄波束，有效地减少系统的发射功率放大器的数量，高密度集成接收支路以降低系统成本。

⑤数据率高、测量精度好。系统采用数字波束形成（DBF）技术在方位、俯仰两维形成数字堆积多波束，完成半球全空域覆盖，缩短探测雷达的反应时间。采用两维和差波束测角方法，和波束用于目标检测和测距，方位差、俯仰差用于测定目标角度。和差波束测角技术在脉冲体制的跟踪雷达中已得到广泛应用，它具有测量精度高、波束覆盖范围宽、目标起伏影响小等优点。

⑥可互换性与可扩展性。综合射频系统将阵面中各种分散独立设计的微波、波控、电源网络进行集成一体化设计；阵面中各发射阵列与接收阵列均采用了基于LTCC工艺联装一体化子阵技术，将天线辐射单元、多通道射频接收组件、数字波束形成部分集成于一体，形成一体化子阵，以减轻重量、独立的网络子阵和电缆被综合网络中的高集成多层电路板代替，基本子阵模块直接和综合网络盲插对接，形成无引线阵面，可在提高阵面集成度的同时，简化阵面连接关系，提高可靠性。这种设计方式是一种开放式、可扩展的系统实现方式，可根据雷达系统的威力、精度、性能要求，以子阵为基础任意扩展。

2 发展建议

自从坦克装甲车辆诞生之日起，防护能力的强弱就是衡量其主要性能的指标之一。矛与盾的较量始终是推动坦克装甲车辆发展的主线。随着对乘员生命重视程度的不断提高，以及坦克装甲车辆从平原战向城市战的不断过渡，对坦克装甲车辆综合射频系统提出以下建议：

首先，进一步加强对多功能综合射频系统的研究。未来武器系统将是以信息化为主导的多项高技术融合的产物，多功能综合射频系统不但能够大大提高作战装备的电子战能力，而且在节省作战平台的有限空间以及在合理利用能源上都有很大优势。

其次，在新型装甲平台设计中要有效提高射频系统集成度。为了适应新型坦克装甲车辆结构综合化、信息融合化及控制智能化的未来发展趋势，需要对系统开放式体系结构、天线孔径的集成、收发单元集成、复杂信号波形设计、多任务管理、系统资源的合理划分、时序的规划、工作流程梳理等方面进行大量研究，以实现整个综合射频系统从部件到整体的模块化设计。

最后，必须对新型装甲平台的电磁辐射进行优化管控。未来战场将是复杂电磁环境的体系对抗，任何辐射都可能被侦测与定位，射频系统的工作，应先通过有效的无源侦察，感知战场威胁，再启动有源探测系统进行探测，这样可以实现新型坦克装甲车辆战场电磁频谱优化管理及电磁隐身。

3 结论

用于新型装甲平台的综合射频系统，采用从顶层到底层的设计理念，主要思路是利用开放式体系结构，使系统具有模块化、可移植性、可互换性、可扩展性、即插即用等功能。具体实现方式是采用射频前端一体化子阵技术，进行两维有源相控阵天线，可以实现小型化、低成本。坦克装甲车辆综合射频系统不仅可以使坦克的防护能力大幅度提升，还可以实现雷达目标搜索、电子对抗、通信导航和敌我识别任务，同时在不同装甲平台中也具有很好的应用与发展前景。

［1］林志远.多功能综合射频系统的发展与关键技术［J］.电讯技术，2006，49（5）：1-5.

［2］袁晓晗.传感器射频综合技术探讨［J］.航空电子技术，2005，36（1）：1-5.

［3］陈国海.先进战机多功能相控阵系统综合射频隐身技术［J］.现代雷达，2007，29（12）：1-4.

［4］查林.数字阵列雷达技术在舰载综合射频系统中的应用［J］.舰船电子对抗，2011，34（3）：9-12.

［5］华健江，杨志邦.舰载综合射频设计技术分析［J］.通信对抗，2015，34（2）：41-45.

［6］蒋琪，张冬青.利用综合射频技术拓展飞航导弹电子战能力［J］.航天电子对抗，2012，28（6）：5-8，31.

［7］胡卫民，葛悦涛，蒋琪，等.综合射频技术分析及其在导弹上的应用研究［J］.战术导弹技术，2013，34（4）：96-102.

［8］倪虹，路军杰.认知电子战技术在战术导弹上的应用研究［J］.战术导弹技术，2015，36（6）：48-52.

［9］徐艳国，胡学成.综合射频技术及其发展［J］.中国电子科学研究院学报，2009，4（6）：551-559.

［10］赵佩红.多功能综合射频系统技术综述［J］.雷达与对抗，2011，31（3）：9-13.

［11］胡元奎，靳学明，范忠亮.多功能综合射频系统技术研究［J］.雷达科学与技术，2015，13（3）：233-239.

［12］葛悦涛，李晓涵，蒋琪.美国正在建立综合射频系统国防工业标准［J］.飞航导弹，2015，45（10）：43-45.

Application of Integrated RF System in New Armored Platform

MA Ke，WANG Ren-tao，LI Hui-min
（Xi’an Electronic Engineering Research Institute，Xi’an 710100，China）

In order to meet the higher requirements of the future information warfare on the electronic RF system of tank armored platform，this paper presents that the integrated RF system should be applied to the new armored platform.The system is designed with the method of synthetic aperture；it can complete the functions such as airborne target search，accurate tracking，threat assessment，electronic warfare，fire control，damage assessment.The system plays a very important role in the protection of armored platform.Firstly，the multifunction integrated RF system of armored platform is introduced.Secondly，the composition，function and characteristics of the system are analyzed in detail，and the application mode of the system is briefly described.Finally，the development suggestions are put forward for the further application of the integrated RF system in the new tank and armored platform.

integrated RF，tank and armored vehicles，armored platform，active protection

TN974；TJ811

：A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.06.028

2016-05-15

：2016-06-25

军队武器装备预研基金资助项目（40405040201）

马 可（1988- ），男，陕西西安人，硕士，工程师。研究方向：综合射频系统、雷达总体技术。

1002-0640（2017）06-0124-04