瞬時(shí)測向技術(shù)是電子戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其作用是快速測定敵方雷達(dá)的方位,，引導(dǎo)干擾天線波束隨時(shí)對準(zhǔn)敵方雷達(dá),，以達(dá)到高效壓制干擾的目的。瞬時(shí)測向系統(tǒng)的難點(diǎn)在于對各種原因?qū)е碌南辔徽`差,、角度誤差進(jìn)行校正,，保證在寬頻帶范圍具有良好的測向視角和精度。本文介紹的二維瞬時(shí)測向系統(tǒng)由兩個完全相同的三基線干涉儀測向通道組成,能快速測量X波段雷達(dá)的水平和垂直方位,，在8 GHz~12 GHz范圍內(nèi)均能達(dá)到±60°的視角和±1°的精度,。同時(shí)系統(tǒng)對天線尺寸、安裝的要求比較低,，能滿足機(jī)載,、彈載的要求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)構(gòu)成
    該瞬時(shí)測向系統(tǒng)采用三基線干涉儀測向原理[1],， 在水平,、垂直方向各放置4個平面螺旋天線,，通過比較水平、垂直方向測向通道輸出的同一脈沖信號的相位差來計(jì)算目標(biāo)雷達(dá)的二維方位,。每個測向通道包括有天線陣列,、X波段放大器、鑒相器,、視頻放大器、編碼電路等單元,。系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示,。

    由上式可知，測向誤差由相位誤差,、頻率測量誤差,、基線長度誤差等部分組成，而后兩項(xiàng)因素引起的測向誤差與第一項(xiàng)相比要小得多,，可忽略不計(jì),。
　
    因?yàn)榭赏ㄟ^硬件、軟件方法對相位誤差進(jìn)行校正,，且測向誤差的指標(biāo)是工作空域和工作頻率范圍的均方統(tǒng)計(jì)值,，所以測向精度可以滿足指標(biāo)要求。
1.3 接收靈敏度計(jì)算
   對寬帶干涉儀測向而言,，因前端有高增益限幅放大器,，故靈敏度不受增益限制，而是受噪聲限制,。由測向精度分析可見,，當(dāng)輸入雷達(dá)信號的信噪比不低于20 dB時(shí)，由噪聲引起的干涉儀測向誤差將大大降低,，其受噪聲限制的測向靈敏度為：
    P_rmin=KTF(2Br Bv)1/2D         (4)
式(4)中,Br為射頻帶寬,，取為4 000 MHz；Bv為視頻帶寬,，取為10 MHz,； F為測向前端的噪聲系數(shù), 取為4 dB；D為信噪比, 取為20 dB,。由此可計(jì)算出最高接收靈敏度為-65.5 dBm,。
2 組件設(shè)計(jì)
2.1 天線陣列
    天線陣列選為線性陣，要求單元天線的相位一致性好,，具有較寬的波束寬度,，適合不同極化方式的目標(biāo)偵收、體積小,，重量輕等,。平面螺旋天線是干涉儀測向天線陣列中最普遍使用的單元天線,具有較寬的射頻帶寬,、恒定的波束寬度和圓極化性能等優(yōu)點(diǎn)，而且其相位中心在螺旋面上,，因而具有優(yōu)良的相位特性,天線的相位一致性好,。其缺點(diǎn)是天線增益較低，但因測向接收機(jī)中具有高增益低噪聲限幅放大器,可以彌補(bǔ)天線增益的不足,，滿足靈敏度的要求,故平面螺旋天線仍為干涉儀測向天線陣中單元天線的最佳選擇,。平面螺旋天線的主要技術(shù)指標(biāo)為：X波段，增益大于0 dB,，波束寬度±60°,，相位一致性優(yōu)于±10°，天線口面Φ為13 mm,。
     天線陣列由二維共8個平面螺旋天線組成,，兩組天線以相互垂直的方式安裝，可以對前方±60°圓錐范圍內(nèi)的到達(dá)射頻信號進(jìn)行快速測向,。每個方向的天線陣列采用二次諧波關(guān)系的間隔布置單元天線[3],，l1=1.443 cm，l2=2l1=2.886 cm,，l3=4l1=5.772 cm,，如圖2所示。

2.2 測向前端

    測向前端有兩套,分別用于水平方向和垂直方向,。測向前端由一個四通道X波段放大器,、一個四功分器和3個鑒相器組成?；鶞?zhǔn)信號經(jīng)基準(zhǔn)天線和限幅放大后功分3路,，分別與其他3路天線過來的放大信號進(jìn)行鑒相，輸出3路正交的相差信號,。為保證各接收通道的延遲和相位嚴(yán)格一致,，各功能組件之間采用盡量等長電纜連接，最后借助矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過調(diào)整連接到天線的4根電纜長度來精確修正各通道相位,。測試結(jié)果表明各通道相位差小于10°,，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
    四通道X波段放大器采用限幅放大器,，對每個通道的幅相一致性要求很高,。采用四個通道腔體一體化的設(shè)計(jì)，通道之間距離盡量減小,，并采用凹槽以增加隔離距離,。經(jīng)測試，四通道的增益均大于53 dB,，通道之間增益不一致性小于2 dB,。
    鑒相器由相關(guān)器,、4個平方律檢波器以及2個差分輸入、差分輸出的視頻放大器組成,，采用多層結(jié)構(gòu)電路設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)耦合器的寬邊耦合。鑒相器的實(shí)物及視頻輸出如圖3所示,。

    差分放大器對測向前端輸出的相差信號進(jìn)行視頻放大,，增益約為40 dB，帶寬為10 MHz,。求反正切函數(shù)電阻網(wǎng)絡(luò)的多個抽頭信號送入比較器,，產(chǎn)生格雷編碼[2]并送入FPGA進(jìn)行角度解算。MCU主要完成角度的校正,，通過串口實(shí)現(xiàn)RS422通信，輸入頻率碼或輸出二維方位碼,。差分放大器輸出的相差信號分別是相位差?漬的正,、余弦函數(shù)，通過求反正切函數(shù)可計(jì)算出相位差?漬,，進(jìn)而計(jì)算出方位角θ,。
    測向算法主要完成反正切函數(shù)電阻網(wǎng)絡(luò)的格雷編碼、各接收支路相位差的校正,、角度編碼和角度校正等功能,，其流程圖如圖5所示。

    編碼時(shí),，用長支路的32 bit比較器輸出直接產(chǎn)生角度碼的低6 bit,，然后高位要依次進(jìn)行校正編碼。以長支路同步校正中支路,，中支路同步校正短支路,，最后產(chǎn)生8 bit的角度碼輸出。
   要在X波段全頻帶內(nèi)保證測向的視角和精度,，需對頻率的變化,、微波通道的相位不平衡等原因造成的各支路相位差進(jìn)行校正，這也是瞬時(shí)測向系統(tǒng)研制的重點(diǎn)和難點(diǎn),。系統(tǒng)除采用電纜匹配等硬件校正方法外,，還采用軟件算法進(jìn)行校正，大大減輕了硬件調(diào)試的工作量,。各支路相位差校正的主要內(nèi)容如下：
    (1)雷達(dá)信號頻率的變化引起各支路相位差的變化,；
    (2)各支路微波通道的相位不平衡導(dǎo)致的相位差；
    (3)天線陣列的互耦效應(yīng)造成的各支路相位差,，短支路尤為明顯,。
    另外還需根據(jù)測試結(jié)果對8 bit角度編碼進(jìn)行校正,。角度校正的主要內(nèi)容如下：
    (1)由于天線的尺寸誤差、安裝的位置誤差等因素造成的角度編碼的整體偏差,；
    (2)由于器件的特性等因素造成的角度編碼在特定方位區(qū)域的偏差,；
    (3)各支路在編碼翻轉(zhuǎn)區(qū)域容易產(chǎn)生的奇異點(diǎn)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    將瞬時(shí)測向系統(tǒng)放置在轉(zhuǎn)臺上,，轉(zhuǎn)臺可水平轉(zhuǎn)動,，以模擬目標(biāo)雷達(dá)方位角的變化。信號源（模擬目標(biāo)雷達(dá)）放置在3.5 m遠(yuǎn)處,，通過X波段喇叭天線（增益20 dB）發(fā)射脈沖信號, 設(shè)置參數(shù)為: 頻率8 GHz~12 GHz, 功率-16 dBm,，重復(fù)頻率10 kHz，占空比50%,。測試的結(jié)果如表2所示,。

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)在8 GHz~12 GHz頻帶內(nèi)均滿足±60°視角和±1°精度的技術(shù)要求,。另外,實(shí)測接收靈敏度為-63.4 dBmW,滿足-60 dBmW的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,。
    瞬時(shí)測向系統(tǒng)的各接收通道之間存在相位不平衡，且會隨著溫度等環(huán)境條件的改變而變化,，如何進(jìn)行校正是研制的重點(diǎn)和難點(diǎn),。除通過調(diào)節(jié)電纜長度、增加恒溫裝置等硬件措施外,，采用軟件算法也能達(dá)到比較好的效果,。
    三基線干涉儀瞬時(shí)測向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，體積較小,，成本也較低,，適合小型機(jī)載、彈載平臺的使用,，主要缺點(diǎn)是不能對多個雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行識別,。該瞬時(shí)測向系統(tǒng)已在大功率電子干擾機(jī)、反輻射導(dǎo)引頭等多個項(xiàng)目中得到了應(yīng)用,，效果良好,。
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