劉麗明，姚 嘯，趙建鵬

（91336部隊(duì)，河北秦皇島066326）

瞬時(shí)測(cè)頻（Instantaneous Frequency Measurement，IFM）接收機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外雷達(dá)偵察系統(tǒng)普遍優(yōu)選的測(cè)頻接收機(jī)，具有截獲概率高、瞬時(shí)帶寬大、測(cè)量速度快、體積小等優(yōu)點(diǎn)[1]。

隨著戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的日趨復(fù)雜，采用瞬時(shí)測(cè)頻體制的雷達(dá)偵察設(shè)備不可避免地受影響，尤其是其寬頻段、全方位接收特性[2]，使人為和自然的、敵方和我方的、對(duì)抗和非對(duì)抗的各種電磁輻射信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)[3]，巨量電磁信號(hào)的進(jìn)入極易造成接收機(jī)測(cè)量錯(cuò)誤或通道阻塞，從而出現(xiàn)虛警、漏警、系統(tǒng)死機(jī)等現(xiàn)象，影響操作人員對(duì)敵方威脅目標(biāo)的判斷、告警，甚至直接對(duì)作戰(zhàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。同時(shí)，對(duì)于一些特殊信號(hào)形式的雷達(dá)信號(hào)，瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)受技術(shù)體制的限制，無法實(shí)現(xiàn)正常的接收、正確的分選或引起性能下降。因此，研究該情況下的工作機(jī)理及所受影響，對(duì)分析和解決偵察裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下出現(xiàn)的各類問題，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，具有非常積極的作用。

1 瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)原理

瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)通常指比相法快速測(cè)頻體制接收機(jī)。圖1所示是一種典型的瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)組成，包括功率分路器、多個(gè)頻率經(jīng)相位到幅度的轉(zhuǎn)換器，以及幅度到數(shù)碼的編碼器、把各路碼元和在一起產(chǎn)生最終的頻率碼的譯碼器。

外界的雷達(dá)信號(hào)，首先，經(jīng)限幅放大器、帶通濾波器和功分器，分成無延遲通道和延遲通道2個(gè)通道；隨后，進(jìn)入鑒相器，經(jīng)檢波、差分放大和量化編碼；最后，由解模糊電路輸出標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制頻率碼[4]。

圖1 瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)原理Fig.1 Principle of IFM receiver

2 幾種典型雷達(dá)信號(hào)對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻的影響

從雷達(dá)信號(hào)輻射、接收和處理等方面看，影響瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)性能的雷達(dá)信號(hào)樣式主要有以下幾種。

2.1 連續(xù)波信號(hào)

連續(xù)波體制具有平均功率條件下對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)能力更強(qiáng)，并具有低截獲特性較強(qiáng)的抗干擾能力，因而在軍用雷達(dá)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)環(huán)境中存在連續(xù)波信號(hào)時(shí)，環(huán)境中其他信號(hào)與連續(xù)波信號(hào)總是同時(shí)到達(dá)。因此，將阻塞接收通道，影響接收機(jī)的正常工作[5]。

通常情況下，瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)檢測(cè)到連續(xù)波后，自動(dòng)將檢測(cè)門限抬高到連續(xù)波信號(hào)幅度之上，從而保證在有連續(xù)波的情況下對(duì)脈沖信號(hào)的頻率、方位等參數(shù)正確測(cè)量，這種方法帶來的缺點(diǎn)是系統(tǒng)靈敏度的下降、大量的脈沖信號(hào)丟失。目前，更多的設(shè)備采取加裝帶阻濾波器組件的方法來降低連續(xù)波對(duì)接收機(jī)的影響[6]。

2.2 高占空比信號(hào)

選擇合適的占空比是提高雷達(dá)探測(cè)距離需要考慮的重要因素[7]，而在雷達(dá)信號(hào)分選過程中，高的占空比極易導(dǎo)致接收處理信號(hào)丟失。在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中，高威脅信號(hào)通常占空比較大，高占空比信號(hào)始終占用接收機(jī)的處理時(shí)間，使與該信號(hào)在時(shí)間上相關(guān)（脈沖同步）的其他信號(hào)無法使用處理資源，從而造成低占空比信號(hào)的漏警[8]。

2.3 同時(shí)到達(dá)信號(hào)與重疊信號(hào)

當(dāng)2個(gè)信號(hào)的脈沖前沿在時(shí)間上同時(shí)出現(xiàn)，即t=0時(shí)，如圖2所示，稱為同時(shí)到達(dá)信號(hào)[9]，主要影響頻率測(cè)量的結(jié)果，頻率測(cè)量誤差取決于2個(gè)同時(shí)到達(dá)脈沖的相對(duì)幅度，通常情況下，只有當(dāng)2個(gè)脈沖的幅度差小于某一閾值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大誤差[10]。這是由于2個(gè)信號(hào)的射頻經(jīng)鑒相器檢測(cè)輸出，在視頻上疊加后使被測(cè)信號(hào)頻率的極性角產(chǎn)生量化偏移，導(dǎo)致輸出相位出現(xiàn)偏差，一旦相位誤差值超出解模糊相位容差的限值，則會(huì)使輸出相位的數(shù)字量產(chǎn)生比特錯(cuò)位[11]。

圖2 脈沖信號(hào)到達(dá)示意Fig.2 Schematic diagram of pulse signal arrival

當(dāng)2個(gè)信號(hào)的脈沖前沿在時(shí)間上不是同時(shí)到達(dá)，但到達(dá)的時(shí)間差較小，脈沖的一部分在時(shí)間上重疊，可稱作重疊信號(hào)。IFM接收機(jī)能否完成頻率的正確測(cè)量或滿足一定的測(cè)頻精度，均與同時(shí)到達(dá)信號(hào)或重疊信號(hào)之間的信號(hào)脈沖幅度和脈沖寬度有關(guān)。

0＜t≤T0，T0為編譯碼的過渡時(shí)間，IFM的測(cè)量結(jié)果是當(dāng)2個(gè)信號(hào)幅度差小于某一定值時(shí)，頻率測(cè)錯(cuò)；2個(gè)信號(hào)幅度差大于該值時(shí)，測(cè)頻、測(cè)向均能對(duì)大信號(hào)正確測(cè)量，忽略小信號(hào)。

T0＜t≤Tmin，Tmin為接收機(jī)恢復(fù)時(shí)間，IFM接收機(jī)測(cè)量第一個(gè)脈沖，其余脈沖丟失[12]。

2.4 低截獲概率（LPI）雷達(dá)信號(hào)

施里海爾為衡量雷達(dá)的被截獲性能提出了截獲概率因子α的定義：

式（1）中：RI為偵察接收機(jī)能發(fā)現(xiàn)LPI雷達(dá)輻射信號(hào)的最大距離；Rr為L(zhǎng)PI雷達(dá)對(duì)偵察接收機(jī)平臺(tái)目標(biāo)的最大發(fā)現(xiàn)距離。[13]

根據(jù)截獲概率因子α的計(jì)算公式，可以得到：當(dāng)α＞1時(shí)，偵察接收機(jī)能夠探測(cè)到雷達(dá)輻射的信號(hào)，但是雷達(dá)不能發(fā)現(xiàn)搭載偵察接收機(jī)的平臺(tái)目標(biāo)，此時(shí)偵察接收機(jī)先于雷達(dá)發(fā)現(xiàn)對(duì)方，雷達(dá)有可能受到對(duì)方干擾甚至摧毀；當(dāng)α＜1時(shí)，雷達(dá)能發(fā)現(xiàn)偵察接收機(jī)的平臺(tái)目標(biāo)而偵察接收機(jī)不能探測(cè)到雷達(dá)信號(hào)，無法判斷威脅，此時(shí)雷達(dá)先于偵察接收機(jī)發(fā)現(xiàn)對(duì)方，對(duì)α＜1的雷達(dá)，通常被稱作低截獲概率雷達(dá)（“寂靜”雷達(dá)）[14]。α越小，雷達(dá)的反偵察性能越好。

目前，國(guó)外已出現(xiàn)了多種新型低截率雷達(dá)，例如：TWSQR、M2140、PILOT和俄制“首領(lǐng)”及“先知”等雷達(dá)系統(tǒng)[15]。由于瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)在設(shè)計(jì)過程中往往采用大的頻帶寬度，接收機(jī)靈敏度無法做得更好。因此，難以發(fā)現(xiàn)這一體制的雷達(dá)。

3 仿真驗(yàn)證

文獻(xiàn)[16]給出了同時(shí)到達(dá)信號(hào)與重疊信號(hào)對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的影響的仿真驗(yàn)證，本文不再贅述。利用半實(shí)物仿真系統(tǒng)和雷達(dá)偵察設(shè)備樣機(jī)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下連續(xù)波信號(hào)和高占空比信號(hào)對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的影響進(jìn)行仿真驗(yàn)證[17]。

3.1 連續(xù)波信號(hào)對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻接收的影響驗(yàn)證

瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)工作參數(shù)：工作頻段4～18GHz（分為通道1：4～10GHz；通道2：10～18GHz），天線接收范圍為0～360°。

設(shè)置復(fù)雜電磁環(huán)境：信號(hào)數(shù)量100部，頻段4～18GHz，方位分布0～180°。信號(hào)功率：高于瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)靈敏度5～10dB。

連續(xù)波信號(hào)參數(shù)設(shè)置：中心頻率9.0 GHz。功率設(shè)置：高于瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)靈敏度3dB。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)頻接收機(jī)輸出的頻率碼，根據(jù)設(shè)置信號(hào)參數(shù)將各頻率分量歸并，統(tǒng)計(jì)分析測(cè)出頻率的信號(hào)數(shù)量，仿真結(jié)果如圖3所示，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)波信號(hào)出現(xiàn)后，連續(xù)波信號(hào)頻率所在的瞬時(shí)測(cè)頻接收的通道（通道1）被阻塞，分選信號(hào)數(shù)量急劇降低，另外一個(gè)通道工作未不受影響。

圖3 連續(xù)波出現(xiàn)前后測(cè)頻接收機(jī)信號(hào)分選情況Fig.3 Sorting results of IFM receiver with and without a CW signal

3.2 高占空比信號(hào)對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻接收的影響驗(yàn)證

設(shè)置復(fù)雜電磁環(huán)境：信號(hào)數(shù)量80部，頻段6～18 GHz，方位分布0～180°。信號(hào)平均功率：高于瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)靈敏度5～10dB。

高占空比信號(hào)數(shù)量分別設(shè)置為0、2、5、8、15、20。

進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，記錄信號(hào)分選正確數(shù)量、增批數(shù)量和高占空比信號(hào)分選正確數(shù)量，結(jié)果見圖4。

圖4 高占空比信號(hào)條件下測(cè)頻接收機(jī)信號(hào)分選情況Fig.4 Sorting results of IFM receiver with high duty-cycle signals

從測(cè)試中看出，一定數(shù)量的高占空比信號(hào)直接對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的工作產(chǎn)生影響，隨著該類信號(hào)的增加，接收機(jī)對(duì)信號(hào)的測(cè)量能力下降，當(dāng)高占空比信號(hào)的數(shù)量達(dá)到某一閾值時(shí)，接收機(jī)的性能將出現(xiàn)較為明顯的下降。

3.3 LPI信號(hào)對(duì)瞬時(shí)測(cè)頻接收的影響驗(yàn)證

設(shè)置LPI雷達(dá)一部，搭載平臺(tái)為飛機(jī)，信號(hào)形式為連續(xù)波調(diào)頻，中心頻率9 000 MHz，信號(hào)功率30 mW，瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)接收搭載平臺(tái)為地面移動(dòng)站，覆蓋空間范圍為360°，靈敏度設(shè)置為無衰減狀態(tài)。保持連續(xù)波調(diào)頻信號(hào)穩(wěn)定輸出，模擬該雷達(dá)由遠(yuǎn)及近向瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)運(yùn)動(dòng)。仿真結(jié)果表明，在132km處雷達(dá)能夠穩(wěn)定探測(cè)到地面移動(dòng)站，而地面移動(dòng)站在27.9km處首次完成對(duì)連續(xù)波調(diào)頻信號(hào)的分選。此時(shí)，截獲概率因子α=0.211，小于1[18]。

4 結(jié)束語

電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，使采用瞬時(shí)測(cè)頻體制的接收機(jī)不可避免的受到影響。就目前技術(shù)條件來看，可采用措施來降低各種因素對(duì)接收機(jī)性能或穩(wěn)定性的影響，但由于技術(shù)體制限制，還無法完全克服，可考慮采用全數(shù)字化接收機(jī)，多通道并行處理技術(shù)等解決。