一种基于信道化的电磁兼容管控技术

邵文建王传虎

(中国船舶集团有限公司第八研究院,江苏 扬州 225101)

0 引言

现代舰船装备了大量的电子设备,其中有些设备具有大功率发射源,如雷达、有源干扰设备、通信设备等。大量设备同时工作,不可避免地存在着干扰,而且舰体尺寸有限,各设备天线之间距离不可能很大,电子设备之间的收发隔离问题相当严重。同时,舰船的上层建筑本身就是多个电磁信号散射体,这些物体具有极其复杂的形状,能以各种可能的方式产生阻挡、截获、传导、反射、散射、绕射和再辐射电磁信号,使得舰船电磁环境更加复杂,由此引起的全舰电子设备间的电磁兼容性问题层出不穷。

电子战系统是舰船上工作频率范围最宽的设备,频率范围已经涵盖了通信频段和雷达频段,同时其工作空域又是宽开的,所以其作战性能极易受到本舰电磁兼容性问题的影响。因此,采取有效的电磁兼容控制技术和措施,提高装舰环境下电子战系统的电磁兼容性,保证设备作战能力的发挥具有重要的作用。

随着数字信道化接收机的普遍使用以及舰船复杂的电磁环境影响,常规的电磁兼容管控技术已经无法满足侦察机的使用需求。研究一种基于数字信道化接收机的电磁兼容管控技术,其对电子战侦察机具有重要意义。本文先介绍了常规电磁兼容管控的基本原理,重点对基于数字信道化的电磁兼容管控技术进行了分析。

1 电磁兼容管控原理

电子战系统的工作频率很宽,带宽几乎覆盖舰上所有设备。工作频段范围内的雷达、卫通等有源设备工作时,会对电子战系统侦察接收机产生干扰。电磁兼容管控的实质是通过一些技术手段,减少电子战系统的效能损失,实现兼容工作。目前主要的电磁兼容管控手段有:极化域、功率域、频域和时域等管控方法。

1.1 极化域管控

极化域管控是指有源天线与侦察接收天线形成正交极化的管控方式,使隔离度增加约25 dB。左旋圆极化与右旋圆极化间、垂直极化与水平极化间形成正交关系。图1所示为各种极化天线匹配的增益衰减情况。将有源设备的天线与侦察接收天线设计成正交极化,可以有效地提高空间隔离度。该方法的优点是实现简单、设备量小、成本低、效果明显,适用于有源设备数量较少的安装环境,当有源设备数量较多时很难实现互相正交极化。

图1 各种交叉极化下的增益衰减

1.2 功率域管控

功率域管控是指根据有源设备的功率大小对侦察接收机灵敏度进行实时控制的方式。有源设备根据当前信号的功率信息进行综合判断,实时对侦察接收机进行灵敏度控制,减小有源设备主频及杂散对侦察机的影响,同时侦察机能正常侦收外界信号,实现有源设备和侦察接收机的兼容工作。该方法的优点是实现简单,设备量小;缺点是管控流程复杂,调试难度较高。

1.3 时域管控

时域管控是指雷达与电子战侦察接收机在工作时间上错开,实现分时工作,从而减少对电子战系统作战效能的影响。时域管控的工作原理是利用雷达发射的脉冲信号,产生宽度可调整的匿影波门信号。由于匿影脉冲经电缆传输至侦察接收机会产生时间差,因此匿影脉冲需要提前雷达脉冲时间给出。雷达脉冲结束时,雷达需要一定的响应时间才能关闭激励,所以为了保证匿影脉冲有效,其后沿需要展宽时间。电子战系统侦察接收机在匿影波门开启的时间内不工作,从而消除了雷达脉冲信号对电子战系统侦收性能的影响。该方法的优点是实现简单,设备量小;缺点是管理不够细,频域损失大。时域管控的工作原理如图2所示。

图2 时域管控工作原理

1.4 频域管控

频域管控是根据雷达工作的频段或频点,电子战侦察接收机错开受干扰工作频段,使设备干扰消失或减弱,频域管控能保证相关设备作战同时使用。如果雷达设备有多个工作频段,则可以统一规划设备的使用频段,尽量减少电子战侦察接收机频域带宽的损失。频域管控方法实现上主要是在微波前端加不同频段的带阻滤波器,通过雷达给出的匿影脉冲启动相应频段的硬件带阻滤波器,进行频率避让。该方法的优点是频域损失小,效能影响小;缺点是设备量大,成本高,当有多个雷达工作时实现难度较大。频域管控的工作原理如图3所示。

图3 频率管控工作原理

常规电磁兼容管控方法是采用匿影脉冲结合固定带阻滤波的方式。由管控设备通过网络报文提前将需要管理的频率通知电子战侦察接收机,同时通过电缆硬线将匿影信号传输给侦察接收机。侦察机接收到管理频率报文后,同时检测与雷达设备间的匿影信号,如果匿影信号有效,则启动相应频段的硬件带阻滤波器进行频率避让。该方法存在设备量大、造价高的缺点,只能对少数几个雷达进行电磁兼容管控。常规管控工作原理如图4所示。

图4 常规电磁兼容管控工作原理

2 信道化管控技术

信道化管控技术是通过控制数字信道化接收机信道码实现管控。管控设备将舰上辐射源频率划分成不同的子信道,通过光纤传送信道码和匿影波门给数字接收机。数字接收机将频段划分为多个子信道,监测匿影波门内管控设备输出的信道码,如果信道码为1,数字接收机则关闭对应的信道。

通常单路光纤可以传送几十路信道匿影频率及波门,大型舰船的辐射源设备数量一般不超过100,2～3路光纤可以实现电磁兼容管控。由发送端的并串模块将路信道化匿影波门转成串行数据,经光纤接口送至接收端的串并转换模块,将串行数据恢复成并行的路信道化匿影波门。由于采样率的原因,恢复后的匿影波门相对原始匿影波门在时序上有抖动,按100 MHz采样率、路匿影波门设计,因此,匿影波门相对射频脉冲的提前时间大于。图5所示为光纤传送匿影波门原理图。

图5 匿影波门传送原理

图6所示为光纤传输接口协议,光纤数据传输采用报文帧格式,1帧传输数据为1帧报文,包括同步段,匿影波门。1帧报文数据长度固定,无校验。接收端若接收错误,发送端不重新发送数据。同步段:每帧报文开始先发送8字节同步码,用于数据同步。接收端接收解调出这两字节报文头可以判断接收正常,接收的后续数据有效。数据段:报文传送的数据,即对匿影波门进行采样得到的数据。数字接收机接收到路信道化匿影波门后,判断匿影波门对应的信道是否在数字接收机工作的频带内,如果在同一频带内,则关闭相应的子信道完成信道化匿影。图7所示为信道化匿影原理示意图。

图6 光纤传送协议

图7 信道化匿影原理

3 结束语

本文介绍了一种基于数字信道化的电磁兼容管控技术,研究了一种基于数字信道化接收机的电磁兼容管控技术,对电子战侦察机具有重要意义。信道化管控技术是一种灵活、高效、设备量小、成本低的电磁兼容管控技术。较常规管控技术,该技术能大幅提高管控效率,减少频域损失,可以有效发挥电子战系统的作战效能。