一種用于電子干擾裝置參數(shù)測試的實用方法

段紅亮，韓一幟，張雪峰，張欣光，秦現(xiàn)生

（1. 北京航天長征飛行器研究所，北京，100076；2. 西北工業(yè)大學機電學院，西安，710072）

0 引 言

2002年美國退出《反彈道導彈條約》后，世界軍事強國都在加速發(fā)展反導防御系統(tǒng)。近年來，區(qū)域沖突及戰(zhàn)爭不斷加劇，美國軍事霸權主義貿(mào)易保護主義逐漸抬頭，2019年美國又退出《中程導彈條約》，限制美俄兩國發(fā)展中程彈道導彈的最后障礙也被破除?？梢灶A見，未來幾年內(nèi)美俄兩國必將大力發(fā)展中程彈道導彈，相應地也會促進反導防御系統(tǒng)能力進一步提升。跟蹤制導雷達是反導防御系統(tǒng)中“眼睛”，因此如何“致盲”敵方反導系統(tǒng)，是關系到己方導彈武器突防和生存概率的一個重要問題。其中有源電子干擾是對抗敵方雷達的一個重要手段。

雷達干擾通常分為兩大類：遮蓋干擾和欺騙干擾，前者主要是通過增大噪聲的功率，淹沒真實目標或降低目標的檢測峰均比，使雷達的探測能力減弱；后者主要是針對目標回波中攜帶的角度、距離、速度等信息實施欺騙，或者構(gòu)造假目標欺騙，以破壞雷達自動跟蹤系統(tǒng)對目標的識別和跟蹤[1]。

電子干擾裝置既可采用遮蓋干擾又可采用欺騙干擾，通過接收雷達發(fā)射信號，產(chǎn)生相應的干擾并發(fā)射出去，壓縮敵方跟蹤制導雷達的探測距離或消耗敵方雷達的有效處理資源，以此來達到掩護己方導彈突防的目的。電子干擾裝置有兩個重要指標，即靈敏度和有效輻射功率，前者對應到干擾裝置開始干擾敵方雷達的最遠距離，后者關系到干擾裝置壓制/欺騙敵方雷達的最小距離。這2個技術指標一般是在專業(yè)微波暗室中測試[2]，在實際調(diào)試生產(chǎn)測試時，大多數(shù)總裝生產(chǎn)單位并不具備微波暗室條件，所有產(chǎn)品都在微波暗室中測試的經(jīng)濟成本和時間成本太高，不具備實際操作意義。

本文提出了一種基于精確鏈路標定的實用測試方法，可以在地面測試設備缺少相關詳細技術參數(shù)的情況下，實現(xiàn)電子干擾裝置關鍵參數(shù)的快速精確測試，通過試驗驗證，本方法與專業(yè)微波暗室測試結(jié)果有較好的一致性。

1 干擾建模分析

1.1 靈敏度

假設干擾裝置位于雷達傳播方向上距離為JR處，根據(jù)雷達方程，可以知道在干擾裝置接收天線口面上，雷達發(fā)射電磁波的功率密度為

式中PT為雷達峰值功率；GT為雷達天線增益；LR′'為雷達發(fā)射饋線損耗和大氣傳播損耗。若假定干擾裝置接收天線增益（雷達與干擾裝置連線方向上）為GJR，干擾裝置天線與雷達發(fā)射波之間的極化失配損耗為Lp′'，波長為λ，干擾裝置處接收到的雷達信號功率為

式中Lp＝LR′ ·Lp′，即包括干擾裝置與雷達天線極化失配損耗、雷達發(fā)射饋線損耗、大氣傳播損耗、干擾裝置接收損耗。若干擾裝置的接收（轉(zhuǎn)發(fā)）靈敏度為Smin，僅當干擾裝置接收的雷達發(fā)射信號功率超過其接收靈敏度時，干擾裝置才會對雷達電磁波響應，否則干擾裝置將保持靜默。這意味著，干擾裝置對雷達存在著一個能夠干擾敵方雷達的最遠距離，為RJmax，僅當 JR小于RJmax時，干擾裝置才能敏感到雷達的存在并開始正常工作。干擾裝置處接收到最小雷達信號功率為

由此可見，干擾裝置的接收靈敏度是關系到干擾裝置最大作用距離，是一項非常重要的指標，每個干擾裝置在應該有實測值。

1.2 有效輻射功率

若干擾裝置要掩護的目標RCS為σ，PJ為干擾裝置發(fā)射峰值功率，GJ為干擾發(fā)射天線綜合增益（含天線罩損耗），PJJG為干擾裝置有效輻射功率。假設干擾裝置與掩護目標到雷達距離相等，對于常規(guī)雷達來說，雷達干擾方程如下[3]：

式中KJ為干擾壓制比；RJmin為最小干擾距離；Gn為雷達累積增益；BJ為干擾信號帶寬；Br為雷達信號帶寬。

飛行過程中，干擾裝置、掩護目標與雷達距離逐漸變小，當距離小于RJmin時，干擾裝置不能再有效壓制住雷達信號，即干擾失效，也稱之為“燒穿距離”[4]。所以一個干擾裝置有效干擾的距離應為

干擾裝置的有效輻射功率是關系到干擾裝置最小作用距離，也是一項非常重要的指標，每個干擾裝置在應該有實測值。

上述兩個指標測試主要涉及信號的空間輻射，常規(guī)環(huán)境中因為有較強的電磁干擾，這兩個指標不能精確測，所以在實際生產(chǎn)中干擾裝置的這兩個指標采信下級干擾機注入式的測試數(shù)據(jù)，再疊加天線方向圖數(shù)據(jù)，計算得到靈敏度和有效輻射功率數(shù)據(jù)，未考慮因天線阻抗匹配等因素引起的誤差，計算數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)存在一定的誤差，在個別型號的某些頻點，誤差有時甚至達到10 dB以上。

2 測試系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 測試系統(tǒng)搭建

測試系統(tǒng)包含干擾裝置、供電設備、微波屏蔽箱、功率計、信號源、高頻電纜（以下簡稱“電纜”）和高頻天線（以下簡稱“天線”）。其中功率計和信號源應在標校的有效期內(nèi)，微波屏蔽箱的尺寸滿足遠場測試條件，即：

式中L為微波屏蔽箱的長度；D為高頻天線的物理口徑；λmin干擾裝置工作頻段的最小波長。

靈敏度參數(shù)測試系統(tǒng)連接關系如圖1所示。

圖1 靈敏度測試系統(tǒng)連接示意Fig.1 Connection Diagram of Sensitivity Test System

有效輻射功率參數(shù)測試系統(tǒng)連接關系如圖2所示。

圖2 有效輻射功率測試系統(tǒng)連接示意Fig.2 Connection Diagram of ERP Test System

為保證測試有效性，高頻電纜1和高頻電纜2應為同型號、同接口的等長電纜，天線1和天線2應為覆蓋干擾裝置工作頻段的同種類天線，天線的極化方式應與干擾裝置極化方式相同；微波屏蔽箱的屏蔽頻段應覆蓋干擾裝置工作頻段，且屏蔽箱尺寸上保證天線1口面與干擾裝置天線口面距離大于L。天線1的軸線與干擾裝置的軸線在空間上對齊，天線2的軸線指向干擾裝置天線端。

由圖2可見，屏蔽箱側(cè)壁上需要開3個孔。天線和干擾裝置安裝完成后，為保證測試準確性和安全性，屏蔽箱上的開孔處若仍然存在縫隙，則需要用金屬絲網(wǎng)和金屬膠帶處理，既可避免外界電磁干擾造成測試數(shù)據(jù)不準確，也可避免內(nèi)部微波外漏造成人員傷害。

2.2 測試流程

干擾裝置的靈敏度和有效輻射功率這兩個參數(shù)指標，是指在干擾裝置天線口面處的空間電磁信號強度，由于在干擾裝置天線口面處測試不具備實際操作意義，所以工程上一般采用空間輻射式測量。但是空間輻射式測量時，又會引入空間信號衰減、高頻天線增益（有時可能小于1）、電纜衰減、接口損耗等因素。以上這些衰減每個設備都會有所差異，且大部分衰減都沒有直接數(shù)據(jù)支撐。例如微波屏蔽箱在生產(chǎn)過程中由于工藝一致性問題，對外界微波屏蔽效果和空間衰減有較大離散性，出廠標定時也僅僅只有個別頻點的屏蔽參數(shù)數(shù)據(jù)，都缺失鏈路的空間衰減數(shù)據(jù)。另外高頻天線廠家一般也只提供此型號個別頻點方向圖的標稱值，不提供某一個天線的具體實測數(shù)據(jù)，考慮到大帶寬下高頻天線存在頻率選擇衰落特性，這些數(shù)據(jù)不能滿足對干擾裝置多頻點精確測試的需求。

綜上所述，在對干擾裝置測試之前，首先必須對特定的測試系統(tǒng)進行鏈路衰減標定。標定完成后，依次進行靈敏度參數(shù)測試和有效輻射功率參數(shù)測試項目。

2.3 鏈路標定

鏈路標定是為了獲取微波屏蔽箱的空間傳播衰減、天線增益和線纜損耗等關鍵數(shù)據(jù)，鏈路標定連接關系如圖3所示。

圖3 鏈路標定系統(tǒng)連接示意Fig.3 Connection Diagram of Link Calibration System

信號源在左側(cè)發(fā)射一個已知功率PT-fi和已知頻率fi窄帶信號，右側(cè)功率計上顯示收到輻射信號的功率值Sr-fi，則兩者關系如下：

提出專業(yè)指導意見，促進臨床實踐開展。從患者角度而言，護理安全管理團隊定期考核患者對護理安全相關知識的認知，將進一步加強和監(jiān)督護士對患者護理安全相關知識的教育，旨在提高患者自身護理安全的認知水平，讓患者親自參與不良事件的防范，更為直接有效地降低不良事件的發(fā)生率。團隊工作方式高效靈活，不僅提高了護士及患者護理安全的認知水平，而且有利于護理安全相關措施的有效落實，進而改善了臨床護理安全管理，提高了護理質(zhì)量，培養(yǎng)了護理團隊嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和凝聚力［6］。

式中G1-fi，G2分別為天線1和天線2在頻率fi時的增益；fiλ對應頻率為fi時的波長；R為天線1和天線2口面之間距離；分別為電纜1和電纜2在頻率fi時的線損和插損之和。

由于天線1和天線2為同型號，電纜1和電纜2為同型號同接口，借鑒文獻[5]和[6]中雙程近似方法,等效為

對式（7）兩側(cè)取對數(shù)：

為了方便快速計算，if單位取GHz，R單位取m，和單位取dBm，工程簡化如下：

根據(jù)式（11），從干擾裝置工作所能覆蓋的頻率起點開始，按照一定的頻率步長，例如0.01 GHz，依次測量獲取測試系統(tǒng)在所有頻點上的鏈路綜合增益Cfi，為后續(xù)靈敏度測試和有效輻射功率測試奠定基礎。

2.4 靈敏度測試

a）設置信號源至一定頻率fi，設置信號源功率至該儀器所能達到的最小功率值，如-30 dBm等；

b）觀察功率計上此時所顯示的功率值，記為1S；

c）干擾裝置上電后開機，然后觀察功率計上此時所顯示的功率值，記為S2。S2與 1S相差不應大于3 dBm，否則證明屏蔽箱的屏蔽效果不良；

d）打開信號源射頻輸出開關，再觀察功率計上此時所顯示的功率值，記為S3。此時S3與S2相差不應大于3 dBm，否則證明信號源的最小輸出功率已經(jīng)大于干擾裝置靈敏度，需要更換信號源或增加高頻衰減器；

e）以固定步進值逐漸調(diào)大信號源的輸出功率值，例如步進值取0.5 dBm，觀察功率計上所顯示的不斷變化的功率值，當功率計顯示數(shù)據(jù)突然有一個階躍，記為S4。一般來講，S4與S3相差應大于20 dBm以上。若信號已經(jīng)調(diào)至最大輸出功率，功率計顯示數(shù)據(jù)仍未發(fā)生階躍，則說明需要更換信號源或增加有源放大器；

f）停止調(diào)節(jié)信號源的輸出功率值，記錄下信號源在該頻點的輸出功率值PT-f i，單位dBm；

g）按照一定的頻率步長（與鏈路標定頻率步長一致），改變信號源頻率，重復上述步驟，逐次獲取在所有頻點上的輸出功率值PT-f i。

2.5 有效輻射功率測試

有效輻射功率測試的系統(tǒng)連接關系如圖2所示。測試步驟如下：

a）設置信號源至一定頻率fi，設置信號源功率至該儀器所能達到的適當功率值，例如5 dBm，為防止信號源對功率計的干擾，一般不宜將信號源功率設置過大；

b）觀察功率計上此時所顯示的功率值，記為S1；

c）打開信號源的射頻輸出開關，再觀察功率計上此時所顯示的功率值，記為S2。S2與S1相差不應大于3 dBm，否則證明信號源天線2與功率計天線1之間隔離度不良；

d）干擾裝置上電后開機，然后觀察功率計上此時所顯示的功率值，記為Sr-fi，單位dBm。此時Sr-fi與S2相差應大于20 dBm；

e）按照一定的頻率步長（與鏈路標定頻率步長一致），改變信號源頻率，重復上述步驟，逐次獲取在所有頻點上的功率計接收功率值Sr-fi。

3 測試數(shù)據(jù)處理

3.1 靈敏度測試數(shù)據(jù)處理

根據(jù)接收靈敏度的雷達方式（3），等效至干擾裝置天線口面的接收靈敏度公式如下：

為了方便快速計算，if單位取GHz，R單位取m，和Ssense-fi單位取dBm，將式（12）簡化如下：

根據(jù)式（13），可以計算得到干擾裝置軸向在每個頻點上等效天線口面的靈敏度數(shù)據(jù)Ssense-fi，單位為dBm。

3.2 有效輻射功率測試數(shù)據(jù)處理

根據(jù)干擾方程，干擾裝置的有效輻射功率PERP-fi為

同理，為了方便計算，if單位取GHz，R單位取m，PERP-fi和Sr-fi單位取dBm，將式（14）簡化如下：

根據(jù)式（15），可以計算得到干擾裝置在每個頻點上的軸向有效輻射功率數(shù)據(jù)PERP-fi，單位dBm。

4 試驗驗證

為驗證本文所述實用方法的正確性，選取某型號的一種干擾裝置。根據(jù)該干擾裝置的設計參數(shù)，裝置工作頻段為X～X+1 GHz，等效天線口面接收靈敏度分布在Y～Y-10 dBm區(qū)間，有效輻射功率不小于ZdBm。

首先在微波暗室測出該裝置的靈敏度和有效輻射功率數(shù)據(jù)，然后再用本文測試方法測出同一個干擾裝置的靈敏度和有效輻射功率數(shù)據(jù)。微波暗室測試與本文測試方法的主要區(qū)別在于：一是微波暗室中外界電磁干擾非常小，而微波屏蔽箱的電磁屏蔽效果較微波暗室差，一般在10 dB以上；二是微波暗室中使用標準天線和標準饋線，其天線增益和饋線損耗都已通過計量校準。在微波暗室中測試步驟直接為靈敏度測試和有效輻射功率測試，測試方法與本文2.4節(jié)和2.5節(jié)基本相同。對比結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 靈敏度測試對比Fig.4 Comparison of Sensitivity Test

圖5 有效輻射功率測試對比Fig.5 Comparison of Effective Radiation Power Test

試驗結(jié)果表明本文方法測試值與暗室測試值具有較好的一致性，本文方法靈敏度測試值最大誤差位于頻點X+0.55 GHz處，最大誤差值為1.44 dBm；有效輻射功率測試最大誤差位于頻點X+0.50 GHz處，最大誤差值為1.52 dBm，兩者誤差均小于2 dBm，證明了本文方法的有效性和準確性，同時也證明了本文方法能夠適用于電子干擾裝置的總裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于精確鏈路標定的實用測試方法，可以在地面測試設備缺少相關詳細技術參數(shù)的情況下，開展電子干擾裝置的總裝測試，快速實現(xiàn)電子干擾裝置關鍵參數(shù)的精確測試。首先簡要分析了雷達干擾的數(shù)學模型，進而詳細闡述測試系統(tǒng)搭建和測試流程以及對測試數(shù)據(jù)的處理方法，最后對本方法的有效性進行驗證，達到了暗室測量效果。