中国指挥与控制学会会刊 
目前,海军各大型水面舰艇都装备有舰载直升机引导雷达,其主要任务是:在舰载通信设备的配合下,在舰载直升机作战半径内,对直升机进行定位、引导,协助其完成指定海区侦察、搜索、反潜、救护、运输、联络等任务。该雷达在日常维护、故障修复和等级维修之后,必须对其引导功能进行检测,确定其引导功能的状态可靠性,避免给直升机返航带来安全隐患。现阶段,完成引导雷达引导功能检测的方法有三种:
1)利用雷达随机自带的自检功能。雷达系统为了检验整个应答电路的工作是否正常,在系统内设计了自检电路模块,该模块的功能是产生模拟信号进行模拟试验。只要设置好自检电路的启动条件,就可以模拟在同一距离、不同方位接收到不同编批号直升机应答信号的情况。但是此种方法只能对中频放大器及后续电路的引导通道故障进行检测,对高频部分电路无法进行检测,所以对引导功能的检测不全面、不系统。
2)利用实装的机载应答器设备。实际中,某单位直接将实装的机载应答器接上电源,用于雷达引导功能的测试。试验结果表明:由于该设备不具备延时功能,模拟的应答信号容易淹没在雷达近区杂波中,不易被发现,实用性较差。同时该装置还存在价格昂贵、耗电量大、功率不可调(近距离时易引起雷达接收机饱和)、可靠性低等问题。
3)直接起飞直升机。直接起飞直升机,利用机载应答器检测雷达的引导功能。经试验验证,存在以下显著缺点:①费效比较低。直升机飞行若干航次,专门进行引导雷达的测试,计入地面保障、燃油耗费、飞机损耗等各方面的费用,一次测试需要的经费将达到数十万元以上,效费比极低;②协调难度大。由于目前舰载航空兵与舰艇分属不同部门,舰载机平时不在舰上,平时要协调直升机飞行,需要协调很多部门,特别是在等级修理后,协调难度更大,导致目前船厂修理结束后,各修理厂所都无法对引导功能进行检测、交验,处于一种非常尴尬的状态;③风险性高。直升机在舰艇上的飞行具有一定的风险,如果因为对雷达引导功能进行测试而不幸发生事故,就违背了雷达修理、检测的初衷。
本文设计的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”)完全模拟机载应答器的所有功能,解决了无需直升机配合情况下的引导雷达引导功能检测的难题,满足了该型装备的保障需求,保证了舰载直升机的飞行安全。
1 引导雷达工作原理
引导雷达的工作原理如图1 所示。
引导雷达天线发出询问信号,信号被机载应答器接收,约延迟XX秒发出确定频率的应答编码脉冲信号。该应答编码信号由引导雷达天线接收,并送至高频滤波器,应答接收机,经混频放大检波后再送到视频码处理单元处理,最后送至显示器。通过观察显示器屏幕上的应答编码信号,可知直升机的位置及编码信息,进而对直升机实施引导和识别。
机载应答器的应答编码特征如图2 所示。
图中的P1、P2为首尾二个固定脉冲,P1的采样判定对整个编码电路和直升机距离、方位值的获取起着重要的作用,是整个编码产生电路的触发信号。A1-A4是二进制信号,编码信号可译为X种状态[2]。因此,本文在设计过程中的难点问题是如何准确提取应答触发信号,进而准确触发P1。
2 应答触发信号的提取
2.1 设备组成
应答信号产生器的系统组成如图3 所示。
设备天线接收来自被测雷达的询问信号,通过环形器后,进行适当的衰减,后续在微波放大器、混频器、中频放大器中进行预放大、混频和中放;信号处理模块综合运用各种技术对中频信号进行处理,提取信号产生模块所需的应答触发信号。主控制器对提取的触发信号进行延时(延时量可调),在信号产生模块中产生带有编码的应答信号,再经微波放大器、环形器和同轴电缆送至设备天线,朝被测雷达方向发射。被测雷达天线接收应答编码信号,经一系列处理,在显示器上显示直升机的信息,完成引导功能的检测。
2.2 需求分析
实际使用时,被测雷达所在舰艇停靠码头,应答信号产生器选择在空旷、开阔、干燥的地方架设,且架设地点与被测雷达之间的直线距离在(0.3~2)km范围内,设备天线对准被测雷达天线。被测雷达发射询问信号,设备接收信号并进行信号处理,但实际中接收的信号是一个混合信号,包含被测雷达发射的询问信号、周围其他导航雷达信号、近区强杂波、多径效应产生的折射波、接收通道的噪声等,因此,必须对接收信号进行识别和分选,精确地提取询问信号,作为后续信号产生模块的触发信号,以避免误触发。信号的识别与分选主要在图3 中的信号处理模块完成,其具体组成如图4 所示。
2.3 技术实现
1)采用定向天线
目前,军用、民用导航雷达的频率基本一致,因此在检测过程中设备定向喇叭天线(增益15dB)对准被测雷达天线,利用天线波束主瓣较好地接收被测雷达询问信号,尽可能抑制从旁瓣进入的其他导航雷达信号和近区杂波,降低后续信号提取过程中的数据量及难度。经多次试验表明,定向天线的使用,从源头抑制了绝大部分的导航雷达干扰信号和近区杂波。
2)采用比较器
接收信号经环形器、可变衰减器后,进入信号预处理模块,即进行微波预放大、混频、中频放大等处理;预处理后的中频信号进入信号处理模块,首先在比较器中与接收门限(操控按键触发,主控制器中的FPGA状态响应)比较,依据门限检测理论,若信号幅度超过门限,则判为有信号,否则判为无信号,从而抑制了低于门限值的接收机内部噪声和近区杂波,实现了对信号的初步识别。
3)采用分析器
此过程中,数据库信号为被测雷达主要技术指标,包含信号频率、脉冲重复频率、脉冲宽度。
4)采用最小触发遮蔽
依据被测雷达的技术指标,其发射信号对应的最小脉冲重复周期为714μs。为进一步避免强反射波造成干扰,系统在选通器的输出端设置了一个计时电路,计时400μs(该计时时间值是调试中经过反复试验确定的)以达到最小触发遮蔽。当选通器有输出时,启动计时模块,计时开始,关断选通,直到400μs计时结束,重新打开选通,迎接下一个触发,输出结果作为波形产生模块的触发信号。
3 结束语
针对应答信号产生器设计过程中的难点——应答触发信号提取问题,本文综合采用四种技术手段,从多径效应干扰和副瓣接收干扰的影响下精确提取应答触发信号,避免了错误触发的问题。该设备可有效地保障舰艇在执行重大任务前对引导雷达引导功能的检测,协助排除临抢修,坞、小、中修过程中遇到的直升机引导系统相关故障,可明显提高维修保障效率,具有较高的军事、经济效益和推广价值。