直升机引导雷达应答信号产生器的设计与实现

2018-10-22汪铭东

船电技术 2018年9期

杨辉，汪铭东

杨辉1，汪铭东2

（1. 海军大连舰艇学院信息作战系，辽宁大连 116018，2. 海军705厂，广东湛江 524000）

针对部队缺乏高效、便携式引导雷达引导功能检测手段的急需，提出实装机载应答器模拟仿真的检测方法，构建了信号接收、延时、固态微波产生等5个模块，设计了直升机引导雷达应答信号产生器，实现了对雷达引导功能的检测。试用结果表明：该应答信号产生器检测效率高、便携性好、可操作性强，解决了直升机引导雷达维修保障的难题。

引导雷达应答信号产生器引导功能检测

0 引言

海军水面舰艇搭载直升机遂行作战、训练任务已呈常态化趋势，舰载直升机引导雷达担负着任务过程中引导直升机的重要使命，其引导功能的好坏直接决定直升机作战效能的发挥。因此，舰艇执行重大任务前、等级修理后均需对其引导功能进行检测，以确保其处于良好工作状态。传统的舰机实兵实装协同配合检测方法，存在组织协调难度大、检测周期长、效费比低等突出问题，多年来一直困扰部队，在一定程度上制约了部队战斗力生成。

为此，本文设计了“直升机引导雷达应答信号产生器”（以下简称“应答信号产生器”），解决了非舰机协同条件下引导功能检测的难题，满足了直升机引导雷达的维修保障需求。

1 总体方案设计

1.1 设计依据

应答信号产生器设计的宗旨是从功能上完全模拟直升机机载应答器，因此其设计依据应关注引导雷达引导工作原理和机载应答器工作原理及应答信号形式2点。

雷达天线辐射信号，直升机机载应答器接收并发出应答编码脉冲信号，引导雷达组成及工作过程图如图1所示。

该应答编码信号由雷达天线接收并送至高频滤波器、应答接收机（RRB），经过RRB的混频放大检波后再送到视频码抑制单元和视频混合延迟单元，然后送至显示器。在显示器屏幕上便可清晰地显示应答编码信号，从而可知直升机的位置及编码信息，对直升机实施引导和识别[1]。

机载应答器接收引导雷达辐射信号，并对信号进行放大、分选和滤波等处理，而后加入直升机编码信息，经短暂延时后，发出符合要求的应答编码脉冲信号。应答编码信号频率固定，编码采用X位二进制码，形成Y种编码状态，且编码信号在时间上与触发脉冲同步。

图1 引导雷达组成及工作过程框图

1.2 设计思路

外场检测中，应答信号产生器与被测雷达之间的布局如图2所示。

舰艇停靠码头，在距舰艇约0.3~1 km范围内选择较为平坦、开阔地带布放检测设备，并使设备天线口对准被测雷达方向，双方开机即可开始作业[2]。因此，应答信号产生器在设计思路上要贯彻如下几点：1）综合考虑器件性能、运行速度、整机功耗等指标，确保设备可用可靠；2）小型化设计，保证设备便携、易展开；3）良好的人机界面，保证设备易操作；4）电池供电量满足设备野外使用要求；5）信号形式保证在频率和编码特点方面与实际机载应答编码信号一致；6）具有延时功能，保证在近距离条件下可对直升机作战半径内的引导距离全距离检测；7）设备本身具有自检功能。

图2 设备与被测雷达之间的布局图

1.3 设计方案

基于上述考虑，应答信号产生器的系统组成图如图3所示。主要包括引导雷达信号接收模块、信号识别与分选模块、高精度信号延时模块、应答编码信号产生模块、主控制器、显示和操控界面及相关辅助电路。

图3 应答信号产生器系统组成图

引导雷达信号接收模块，完成对直升机引导雷达信号的有效接收。雷达信号被应答信号产生器的15 dB定向喇叭天线接收，经环形器、可变衰减器、限幅器等信号预处理送入由前置放大器和混频器组成的微波放大单元，对信号进行微波放大和下变频，变频后的中频信号在中频放大器进行主放大，输出信号送至信号识别与分选模块。

信号识别与分选模块，主要是精确提取波形产生模块所需的触发脉冲信号。此模块是一个关键模块，采用了3级信号分选与识别步骤，解决多径效应干扰和副瓣接收干扰导致的应答错误触发问题。首先，利用门限检测理论使中频信号在比较器中与设置的接收门限值进行比较，超过门限值，则比较器有输出；其次，利用模板匹配和D-S证据理论相结合的方法，通过信号脉内特征进一步分选触发脉冲信号；最后，采用最小触发遮蔽方法，依据经验值和多次试验结果，设置了400 μs选通门，只选择到达时间小于400 μs的信号，从而精确提取触发脉冲信号[3-5]。

高精度信号延时模块，主要模拟改变直升机的距离。一方面使应答信号在引导雷达显示器上的显示远离地物杂波或者海浪杂波，便于清晰地分辨和识别；另一方面是通过与末端功率控制相关联，模拟不同距离直升机的应答信号，实现对直升机作战半径内的全距离引导功能检测。信号识别与选通模块提取的应答触发信号在延时码的控制下通过延时模块进行延时，延时后信号作为应答编码信号产生模块的触发脉冲信号。

应答编码信号产生模块，主要产生符合要求的应答编码信号。延时后的脉冲信号触发波形产生模块，在波形码的控制下产生符合编码要求的状态码，状态码分为控制微波产生模块产生符合频率要求的发射信号和启动微波放大模块2路。微波放大模块对应答信号的放大量受功率码的控制，功率码在0~62 dB范围可调，调节的大小与模拟直升机距离大小有关，距离越远功率码值越大。微波放大模块的输出送至环形器，经15 dB定向喇叭口天线朝直升机引导雷达方向辐射，完成应答[6]。

主控制器，是整机的核心，由可编程时序器件（FPGA）和单片机组成。单片机控制FPGA的运行，而FPGA又控制着其他部分的时序操作。FPGA对设备面板按键信息（接收门限码、功率码、延时码、波形码）响应，控制人机交互，确定状态码，传递自检信号等。单片机控制设备的液晶显示器显示及FPGA的运行[7,8]。

显示面板的显示如图4所示，应答信号产生器的工作状态一目了然。

自检电路用于提高系统的可靠性。该自检电路会产生相应频率的自检信号，逐步加入各级电路，对各个模块的功能进行测试，及时判定自身的工作状态。自检正常，则显示“正常”；如出现故障，则显示故障部位。

图4 液晶显示器显示内容

图5 应答信号产生器外观图

2 设备特点

应答信号产生器样机外观如图5所示。样机在3所雷达修理厂及3艘舰艇上进行了试用。试用结果表明应答信号产生器具有以下特点：1）检测效率高。单次检测时间从1 d降至1 h内；2）便携性好、操作性强、稳定可靠。无需舰机协同，检测作业在码头即可完成，且设备长时间通电运转无故障，可保障多装备连续不间断检测作业，军事意义重大。

3 结束语

本文采用实装机载应答器模拟仿真的检测方法，综合运用多项技术，设计了一种便携式直升机引导雷达应答信号产生器，解决了非舰机协同情况下引导功能检测的难题，实现了对现役所有引导雷达引导功能的检测，满足了装备等级修理后和舰艇执行重大任务前引导雷达引导功能检测的需求，明显提高了维修保障效率，具有较高的军事、经济效益。

[1] 金学军. XXX型舰载导航兼直升机引导雷达[R]. 上海广电通信技术有限公司. 2007(05): 4-17.

[2] 杨辉. 直升机引导雷达应答信号产生器国防科技报告[R]. 海军大连舰艇学院. 2015(12): 39-58.

[3] 黄小毛, 郑孝勇. 基于D-S推理的雷达信号模糊识别方法[J]. 现代雷达. 2002, 24(4): 7-9.

[4] 郑孝勇. 姚景顺. 基于D-S推理的模糊模式识别方法[J]. 系统工程与电子技术. 2003, 25(4): 422-424.

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[6] 王国玉, 汪连栋等. 雷达原理电子战系统数学仿真与评估[M]. 国防工业出版社, 2006: 45-47.

[7] 杨富国. Visual C++程序开发案例分析[M]. 清华大学出版社, 2005.

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Design and Realization for Response Signal Generator of Helicopter Guide Radar

Yang Hui1, Wang Mingdong2

(1. Dept of Information Operation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China；2. 705 Factory of Naval, Zhanjiang 524000, Guangdong, China)

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