一种雷达侦察装备测试系统的设计与实现

陆文骏，韦 颖

(安徽三联学院 电子电气工程学院，安徽 合肥 230601)

0 引言

雷达侦察装备是战场实施电磁信号侦测的主要装备[1]。目前，西方发达国家装备的雷达侦察系统已经建立起一套测试和装备训练体系，并已经有专用的测试、训练系统，进行有针对性的现场测试或训练。国外一般采用直接模拟特定雷达信号的方式进行测试或训练[2]。由于保密等原因，国外相关装备的具体指标和能同时用于装备训练及现场测试的系统未见报道。目前，国内相关研究存在的问题是：频段覆盖面小，功能单一，不能全面地对辐射源识别、测向等指标进行测试[3-5]；不能模拟真实的雷达环境，缺乏通用性[6-7]；测试技术和设备的发展跟不上雷达侦察装备的发展水平，变频时间等指标不能满足现代雷达侦察装备测试和训练的要求；也没有可同时完成测试和训练任务的相关设备。

本文设计并研制了一种具有现场伴随测试能力的雷达侦察装备测试与训练系统。在深入分析现役雷达侦察装备性能特点的基础上，提出了信号产生部分与控制部分空间分离、由软件部分协同的无线控制闭环在线测试的系统研究思路。

1 系统工作原理

本系统使用无线闭环控制结构，从功能上可分为信号控制、信号产生和软件3部分。信号产生部分位于距离被测装备适当距离处(一般为100～1 000 m)，系统的控制部分则与被测装备放在一起，信号控制、信号产生和被测装备形成一个无线闭环结构。控制信号通过无线传输方式从控制计算机传送到信号产生部分，而用于测试的信号通过空间耦合的方式，从雷达侦察装备天线注入。这种结构可使系统具有良好的操作性，提高测试的效率。系统工作时，控制部分置于被测装备端，系统与装备操作人员互相配合完成测试工作。首先根据测试目的，在控制计算机上生成测试方案，根据此方案，由控制计算机编辑设定一定的雷达信号场景，然后通过无线闭环控制分系统控制雷达信号环境产生分系统，产生此信号场景并作用于雷达侦察装备，雷达侦察装备对此信号场景进行接收后，可将接收结果与设定值进行对比分析，以实现性能测试。

2 系统框架及组成

本系统主要供雷达侦察装备现场测试与训练使用，功能设计主要考虑了雷达侦察装备自身的特点、性能指标体系以及测试和训练的基本要求。对雷达侦察装备的测试涉及装备的很多性能指标，但用户更看重的是装备的作战使用性能指标[8]，故雷达侦察装备的辐射源识别与测向性能的测试就显得尤为重要。因此，本系统从用户实际需要出发，立足于基层级维修与测试，着眼于装备平时主要性能的测试，选择辐射源识别与测向性能作为主要测试指标，同时系统应具备通用指标的测试以及辅助维修等功能。

在训练方面，由于传统的训练辅助设备多是将信号从装备的中频注入，操作人员在接受训练时很容易对信号的真实度产生怀疑，因而很难产生临场感觉，不能培养其战斗意识和敌情观念，部分射频模拟设备信号形式单一，频点少，不能模拟较复杂的电磁环境，这也大大降低了训练效果[9-12]。通过产生多波段、多样式和多路复杂雷达信号场景，将信号从天线注入雷达侦察装备，逼真度高，信号形式复杂，对参训人员的装备熟悉程度以及操作熟练程度等都会产生极大的推动作用。

本系统主要由雷达信号环境产生分系统、无线闭环控制分系统A、无线闭环控制分系统B、控制计算机、分波段天线和功率扩展分系统等组成，系统框架及组成如图1所示。能实现自检、工作方式设定、基本参数调节、雷达侦察装备参数测试、信号分选能力测试、复杂电磁环境设置与模拟、数据通信与无线闭环控制、测向性能测试及宽带功率扩展等功能。

图1 系统框架及组成

2.1 雷达信号环境产生分系统

雷达信号环境产生分系统是整个系统的核心和关键部分，主要功能是在主控程序控制下，对系统设备各分系统进行状态控制，生成预定的各种雷达信号，由宽带天线通过空间辐射，实时仿真雷达的电磁信号环境，用来检验和测试雷达侦察装备的性能。本系统在设计上采用微机控制多路直接数字合成(DDS)组件产生标准雷达中频信号，使用直接频率合成的方法产生宽带多路小步进频率源，中频信号对本振信号进行直接上变频合成，产生真实的分波段雷达射频信号，经功率放大后馈送至分波段天线，由天线辐射至空间供雷达侦察装备接收分析。采用这种方法，不仅可以产生比较复杂的雷达信号，而且可以获得较高的信号质量。要在倍频程带宽范围内产生各种类型的雷达信号波形，通过编程方式对信号载波、脉宽、重频、脉内调制形式及输出RF电平等参数任意组合设置，形成要求的雷达信号场景，就必须在一个系统中同时产生宽频带、多种工作方式、多种类型的雷达信号(即各种型号的雷达波形)。因此，采用模块化、系列化的方式进行系统设计配置，并且采用DDS技术[13-14]、规范的高速数控接口和机内总线技术、高性能的超宽带、捷变频综源技术和超宽带微波电路技术等来完成雷达信号环境产生分系统的设计。雷达信号环境产生分系统由主控模块、激励源模块、上变频模块、可编程幅度控制模块、频率合成模块、功率放大模块和电源模块等3部分组成。

雷达信号环境产生分系统的组成原理如图2所示。该分系统的主要功能有：

① 开机自检，并将自检结果经无线闭环控制分系统A传送至控制计算机；

② 通过无线闭环控制分系统A、B与计算机进行信息交互，从计算机读取控制信号并将设置信息反馈至计算机；

③ 在计算机的控制下，产生特定的标准信号，通过分波段天线辐射到空间供雷达侦察装备接收分析。

图2 雷达信号环境产生分系统的组成原理

雷达信号环境产生分系统在雷达工作的波段(S，C，X，Ku)上能根据系统设定的雷达信号技术参数，同时产生4路不同制式的标准雷达信号，用于装备的测试和训练。信号样式主要有：脉冲雷达信号、频率捷变雷达信号[15]、线性调频雷达信号、连续波雷达信号、脉内编码雷达信号[16-17]、非线性调频雷达信号[18]及巴克码信号[19-20]等。

2.2 无线闭环控制分系统

本系统采用射频信号注入的方法对雷达侦察装备进行测试和供用户训练，为了适应雷达侦察装备的特殊工作环境和实时数据处理的需要，使用了无线闭环控制方法，整个系统分为信号控制部分和信号产生部分，其中信号产生部分与雷达侦察装备保持一定距离，信号控制部分与雷达侦察装备放在一起，二者之间通过无线通信方式进行数据交互。同时，为了对装备测向性能进行测试，也需要在被测装备与雷达信号产生分系统间进行数据交互，因此设计了无线闭环控制分系统来完成这些功能。

无线闭环控制分系统可分为A、B两部分，主要由调制电路、解调电路、单片机及天线等部分组成，通过串口分别与雷达信号环境产生分系统和计算机相连接。无线闭环控制分系统结构组成如图3所示。

图3 无线闭环控制分系统结构组成

无线闭环控制分系统A的功能包括：

①接收雷达信号环境产生分系统的自检和应答信号参数，并完成调制与发射。

无线闭环控制分系统A可接收雷达信号环境产生分系统通过串口传来的应答信号参数，接收此数据后，在单片机中进行相应的处理，形成基带信号送往调制电路，经射频调制后由天线发射到无线闭环控制分系统B。

②接收无线闭环控制分系统B发射的雷达信号技术参数及相关应答信号。

无线闭环控制分系统A接收无线闭环控制分系统B送来的控制命令技术数据，实现解调，并通过串口送给雷达信号环境产生分系统。雷达信号环境产生分系统根据控制命令产生特定的雷达信号并发射。

③接收GPS定位信号并进行坐标转换后发射到无线闭环控制分系统B。

无线闭环控制分系统B的功能包括：

① 接收无线闭环控制分系统A发射的应答信号并传送到控制计算机。

② 从控制计算机接收命令字，并将此信息调制后发射到无线闭环控制分系统A。

③ 接收由无线闭环控制分系统A发送的坐标信号并与本地坐标联合解算方位，并将此方位传送到控制计算机。

2.3 功率扩展分系统

为了增加系统的作用距离和信号动态范围，本系统除了在雷达信号环境产生分系统中设计了23 dBm的功放，还设计了功率扩展分系统。功率扩展分系统可以在系统输出的基础上，将功率放大到33～40 dBm，使系统作用距离大大增加。在设计时，采用了分波段宽带功率放大器作为功率扩展分系统的主要组件。

2.4 控制计算机

控制计算机为自带串行RS232接口的便携式计算机，主要功能是：通过无线闭环控制分系统远场控制雷达信号环境产生分系统；编辑设定雷达信号环境；分析测试结果；生成测试或训练方案，对装备状态进行评估等。

2.5 软件系统

为解决自动测试方案生成，各分系统状态协调，通信保持不间断无差错等问题，系统构建了多进程协同控制测试方案生成技术为核心的软件框架，建立了雷达信号环境产生分系统状态控制、测试方案生成、信息发送、差错控制以及无线通信无线闭环控制分系统的状态测试控制、通信链路建立等进程。系统开机后，软件根据初始状态协同要求设立进程控制器，该控制器按照进程消息、控制数据流和指令流，分别协同状态协同进程、测试评估进程、通信进程、链路检测进程、定位解析进程、数据库管理进程、方案生成进程、波形编辑进程和消息管理进程进行工作，按照编辑设定的参数将系统各部分按照协议建立通信链路，生成所需的方案。

3 系统试验结果

对本测试系统的功能进行试验。部分试验结果如图4和表1所示。

图4 系统产生的典型信号

表1 系统的性能试验结果

序号区分频率/GHz脉冲宽度/μs脉冲周期/μs信号形式测试衰减测试结果1设定值2.005600单脉冲-30合格测量值2.000 05600单脉冲10合格2设定值2.633800单脉冲-30合格测量值2.630 13800单脉冲10合格3设定值5.0012600单脉冲-30合格测量值5.000 012600单脉冲10合格4设定值7.25601 000单脉冲-30合格测量值7.250 0601 000单脉冲-30合格5设定值9.0030400单脉冲-30合格测量值9.000 030400单脉冲9合格6设定值11.8325700单脉冲-30合格测量值11.830 025700单脉冲10合格7设定值13.0040800单脉冲-30合格测量值13.000 040800单脉冲9合格8设定值17.99501 000单脉冲-30合格测量值17.990 0501 000单脉冲8合格

测试结果表明，本系统设计合理，信号质量高，实现了4路不同波段不同体制的雷达信号同时输出。

4 结束语

本文设计的系统能够完成雷达侦察装备的参数测试结论、性能分析；能够完成雷达信号分选、侦收时间性能、测向性能的测试；能够对各类雷达侦察装备进行科学评估，从而满足雷达侦察装备基层级维修测试的需要，并为雷达侦察装备的现场测试提供了切实可行的手段。

下一步将加大对非常规雷达频段、制式和信号产生方式、以及对通信对抗侦察装备、光电对抗侦察装备的基层级测试方法和训练手段的研究和牵引力度，研究更多频段、更多信号形式的测试与训练系统，为研制对抗侦察装备的综合测试系统打下基础。