目标回波模拟技术的靶场应用

齐凤梅，王　皓，江　雷

(中国人民解放军 92941部队，辽宁 葫芦岛 125000)

靶场试验供靶一般采用传统的角反射器来模拟典型目标的反射特性. 由于角反射器安装复杂，抗风力差，特别是对大型体目标和快速目标模拟难度大，因此，需要寻找一种新型回波模拟装置来代替角反射器. 目标回波模拟器安装在靶船上来替代角反射器，模拟反舰导弹照射在大型舰船上的目标回波. 这对于降低靶试成本及提高靶标保障水平具有重要意义. 目标回波模拟器的工作原理是接收反舰导弹的发射信号，采用射频存储、相干转发的方式[1-3]，输出功率增强的点目标回波或体目标回波，用于模拟实际靶船回波信号.

1　模拟器主要功能指标

1.1　主要功能

模拟反舰导弹照射在大型舰船上的目标回波信号. 模拟信号除了具有点目标信号特征外，还具有一定的体目标(至少三点合成)特性. 模拟目标回波信号保持导引头信号的相参性，并且时延尽量小[4].

1.2　主要技术指标

工作频率范围：f0±200 MHz； 接收灵敏度：优于 -75 dBm； 适应信号形式：常规及捷变频、线性调频、相位编码等信号形式； 收发波束范围：40°(水平)×70°(俯仰)； 等效发射功率：10 dBm，可控； 系统延时：小于100 ns.

2　总体技术方案

2.1　基本组成及设备安装

模拟器安装在靶船上，考虑到设备实际安装条件，模拟器由接收天线、发射天线、目标模拟源及信号传输线等组成，如图 1 所示. 模拟器各模块安装示意图如图 2 所示.

图 1　模拟器基本组成框图Fig.1　Basic block diagram of the simulator

图 2　各模块安装示意图Fig.2　Schematic diagram of each module

2.1.1安装原则

① 接收天线和目标源就近安装，以提高系统接收灵敏度； ② 目标源与放大器之间传输目标模拟激励信号，采用低损耗电缆传输线，长度尽量短； ③ 接收天线和发射天线平行安装，波束方向垂直于靶船艏艉方向，以提高收发天线之间的隔离度； ④ 接收、发射天线安装在靶船中间，一方面模拟目标回波辐射源中心，另一方面减小传输线的长度以尽量减小系统最小延时.

2.1.2安装条件

① 接收天线和目标源安装在靶船中间，接收天线波束水平覆盖40°以上，俯仰覆盖70°以上； ② 发射天线安装在约9 m高的桅杆上，同样发射天线波束水平覆盖40°以上，俯仰覆盖70°以上；③ 信号传输线安装路径尽量短，按10 m估算.

2.2　各部分主要功能与参数

2.2.1接收天线

接收天线完成导引头发射信号的空馈接收. 主要技术参数为：① 工作频率范围：覆盖导引头工作频率； ② 天线类型：喇叭天线； ③ 天线形式：线极化； ④ 天线波束：俯仰70°，水平40°； ⑤ 天线增益：10 dB； ⑥ 天线体积：Ф60×120 mm3； ⑦ 天线重量：0.3 kg.

2.2.2发射天线

发射天线完成功率放大器信号的辐射，技术参数同接收天线.

2.2.3目标模拟源

目标模拟源完成导引头信号的接收、变频、处理，产生多路不同延时、不同多普勒频率的目标回波信号并进行合路输出. 主要参数：① 工作频率范围：f0±200 MHz； ② 接收灵敏度：优于-75 dBm； ③ 适应信号形式：常规及捷变频、线性调频、相位编码等信号形式.

2.2.4信号传输线

完成目标源与功率放大器之间的信号传输. 传输线要求尽量短，损耗尽量低.

2.3　技术方案

目标模拟源工作原理如图 3 所示.

图 3　目标模拟源工作原理图Fig.3　Work schematic of target simulation source

数字射频存储器(DRFM)对接收下变频后的信号在中频范围内进行高速采样、存储，采样[5]后的信号分3路. 在目标控制器的控制下，3路信号分别进行延时、多普勒调制及幅度控制，3路数字信号进行叠加后经高速DA将数字信号转换为模拟信号，然后与经过数字移相器进行相位控制后的信号合路，再经上变频和信号衰减，通过发射天线发射. 每路信号延时代表了目标的距离，相位代表了目标的角度. DRFM的优点在于数字化处理灵活，信号延迟长度、多普勒调制参数等均可灵活调节. 由于DRFM延时相对较大，多路DRFM控制相对复杂，可考虑一路信号直通支路，保证最小延时.

3　主要技术指标计算

3.1　接收系统灵敏度估算

1) 反舰导弹主要参数预估

工作频率：f=15 000 MHz； 发射机功率： 峰值Pt=20 W(43 dBm)； 天线波束：8.6°； 天线增益：Gt=25 dB(估计值)； 作用距离：R=70 km(最远).

2) 模拟器接收天线口面信号强度

按式(1)计算侦察天线口面强度[6].

P=Pt+Gt-(32+20lgR+20lgf).

(1)

对导弹主瓣侦收时，P=-84.4 dBm.

3) 接收机灵敏度

按接收天线增益10 dB考虑，接收机灵敏度为-74.4 dBm. 本模拟器提出接收机灵敏度要求优于-75 dBm.

3.2　发射功率估算

回波增强器安装在靶船上，发射的回波模拟信号需足够强，使导弹接收机能接收处理.

3.2.1导引头接收机灵敏度估算

根据式(2)估算导引头接收机灵敏度.

Ptr=Pt+2Gt-103-40lgR-20lgf+10lgσ,

(2)

式中：Pt为发射机峰值功率，Pt=20 W(43 dBm)；Gt为天线增益，Gt=25 dB(估计值)；R为作用距离，R=70 km(最远)；f为工作频率：f=15 000 MHz；σ为导引头反射面积，大型舰船σ典型值为4 000 m2.

根据公式计算可得到：Ptr=-131.3 dBm，因此估算导引头接收机灵敏度为-130 dBm.

3.2.2模拟器发射功率估算

模拟器发射功率经远距离传输后信号强度必须高于导引头接收机灵敏度，即

Pj+Gj-(32+20lgR+20lgf)+Gt≥Ptr,

Pj+Gj≥Ptr+(32+20lgR+20lgf)-Gt,

(3)

式中：Pj为模拟器发射机功率；Gj为模拟器发射天线增益；Gt为导引头天线接收增益，预估25 dB；R为作用距离，最大70 km.

计算得到Pj+Gj≥-2.6 dBm.

考虑设计余量，模拟器输出等效辐射功率设计值为10 dBm，发射天线输入端口信号功率设计为0 dBm.

4　结束语

目标回波模拟技术在国内已被成功地应用于“××引信体目标模拟器” “告警雷达目标模拟器及综合测试仪” “某测控信道模拟器”等的研制中，解决了宽带、多体制兼容点目标、体目标模拟的一系列难题，并在射频存储转发等技术上积累了丰富的工程实践经验[7]. 经原理样机海上试验验证，该装置能真实模拟点目标和体目标，参数设置灵活，操作使用方便. 目标回波模拟技术可推广应用于靶场复杂电磁环境构建和电子对抗中.