一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统及方法与流程

文档序号:26947725发布日期:2021-10-12 22:55
一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统及方法与流程

1.本发明属于微波效应评估技术领域,具体涉及一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统及方法。


背景技术:

2.测向性能是电子侦察设备发挥其作战效能的关键因素,通过测向,可对威胁目标辐射源信号进行截获识别、分析和定位,为引导武器系统辅助攻击或实施有效干扰等动作提供可靠依据。近年来,随着电磁环境日益复杂,外界有意或者无意的电磁信号对测向系统的测向误差带来严重影响,高功率微波作用下测向接收通道间前端敏感器件损伤会引起测向通道间幅度和相位的一致性遭到破坏,进而导致系统测向出现较大误差。开展侦查测向系统的高功率微波效应评估研究对于高功率微波技术的发展与应用具有重要意义。
3.目前,对于侦查测向系统的高功率微波效应评估主要采用系统级辐照试验的方式进行,主要通过两种方式开展高功率微波效应评估研究:外场飞行试验

在室外开阔环境场地模拟侦察设备的实际飞行状态,通过高增益天线辐射高功率微波脉冲,试验前标定实验要求的辐射场强度要求,实验过程中,侦察设备位于标定位置后即辐射高功率微波脉冲,通过显控设备实时监测设备工作状态。采用这种方式可直接评估高功率微波对侦查测向系统的性能影响,但外场试验代价昂贵,侦察设备前端为集成化模块,实验中射频前端损坏后无法继续开展试验,试验次数有限,同时由于处于开放空间,大功率微波源产生的微波脉冲反射、衍射等导致的电磁脉冲叠加和抵消现象,难以准确得到侦察设备的效应阈值。
4.实验室内静态试验

在微波暗室内开展侦查测向系统静态试验,试验前准确标定所需功率密度位置,校准侦察系统工作状态,将侦查测向系统天线放置在非金属效应试验专用支架上开展hpm(高功率微波)效应试验。该方法可准确获取侦查测向系统的效应阈值,在微波暗室内高功率微波对测向系统测向结果影响更加准确,但无法模拟侦察设备实际飞行状态及飞行环境,同时由于代价昂贵,难以针对多种体制侦查测向系统开展效应评估研究。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题,提供一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统,总控模块控制hpm辐照环境产生模块产生hpm干扰信号,模拟hpm干扰环境;辐射源模拟信号产生模块,向微波暗室内发射模拟雷达信号;模拟侦查测向系统的侦查测向模拟子系统设置在微波暗室内,在hpm干扰环境下,总控模块控制侦查测向模拟子系统的伺服转台带动测向天线阵列在水平方向上进行旋转,模拟侦查测向系统和目标雷达间的相对运动;再将测向接收机前端的敏感器件进行封装,封装为lru单元,lru单元和射频前端单元对测向天线阵列的信号就行限幅、滤波等处理后,传输到综合处理模块进行分析,分析结果在显示系统上进行显示。且本发明的测向天线阵列可以为比幅测向天线阵列或干
涉仪测向天线阵列,利用不同的天线阵列进行测试时,利用显示控制模块进行分析算法切换即可实现两种不同天线的测试评估。
6.本发明目的通过下述技术方案来实现:一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统,包括:总控模块,所述总控模块用于控制整个系统运行;辐射源模拟信号产生模块,所述辐射源信号产生模块与所述总控模块信号连接,用于产生模拟目标雷达信号;hpm辐照环境产生模块,所述hpm辐照环境产生模块与所述总控模块信号连接,用于产生hpm干扰信号;设置在暗室内的侦查测向模拟子系统,所述侦查测向模拟子系统信号连接所述总控模块,用于模拟侦查测向系统;显示控制模块,所述显示控制模块信号连接所述侦查测向模拟子系统,用于控制所述侦查测向模拟子系统的校准、设置、信号分选和显示。
7.总控模块控制hpm辐照环境产生模块产生hpm干扰信号,模拟hpm干扰环境;控制辐射源模拟信号产生模块产生模拟目标雷达信号;在微波暗室内设置侦查测向模拟子系统,评估在hpm干扰环境下侦查测向模拟子系统的性能。
8.优选地,所述侦查测向模拟子系统包括伺服转台、转台控制模块、测向天线阵列、接收模块和综合处理模块;所述测向天线阵列设置在所伺服转台上,所述转台控制模块的信号输入端通过第一光电转换模块与所述总控模块信号连接,信号输出端与所述伺服转台信号连接;所述综合处理模块与所述接收模块信号连接,所述综合处理模块还通过第二光电转换模块与所述显示控制模块信号连接。
9.利用总控模块能够根据侦查测向系统的实际飞行轨迹和航向,模拟目标雷达和侦查测向系统的相对运动,将两者之间的方位变化转换为控制指令发送到转台控制模块,控制伺服转台的转速和旋转方向,带动测向天线阵列在水平方向上旋转。
10.优选地,所述接收模块包括lru单元和射频前端单元;所述lru单元与所述测向天线阵列信号连接,所述射频前端单元分别与所述lru单元和所述综合处理模块信号连接;所述lru单元用于接收所述测向天线阵列的信号并进行限幅;所述射频前端单元用于对所述测向天线阵列的信号进行滤波、放大和频率预选处理。
11.将测向接收机前段的敏感器件,封装成lru单元,即现场可更换单元,可在试验过程中损伤后现场进行更换,降低了试验成本,便于进行多样本量下的hpm损伤效应评估。
12.优选地,所述测向天线阵列为比幅测向天线阵列或干涉仪测向天线阵列。
13.本系统的测向天线阵列是可更换的,能够更换为比幅测向天线阵列或干涉仪测向天线阵列,实现两种天线的测试评估。
14.优选地,所述伺服转台为绝缘材料制成,所述转台控制模块控制所述伺服转台带动所述测向天线阵列在水平方向旋转。
15.伺服转台使用绝缘材料可以减小伺服转台对微波暗室内微波场分布的影响,实现高精度的微波功率密度控制;优选地,所述hpm辐照环境产生模块包括hpm信号源和辐照天线,所述hpm信号源分
别连接所述总控模块和所述辐照天线;所述总控模块控制所述hpm信号源产生hpm干扰信号,经设置在暗室内的辐照天线传入暗室内。
16.优选地,所述辐射源模拟信号产生模块包括辐射信号源和辐射天线,所述辐射信号源分别连接所述总控模块和所述辐射天线;所述总控模块控制所述辐射信号源产生常规脉冲、频率捷变、脉冲多普勒、脉冲压缩或连续波体制的模拟目标雷达信号,经设置在暗室内的辐射天线传入暗室内。
17.优选地,还包括用于监控所述侦查测向模拟子系统运行状况的监控模块,所述监控模块包括摄像头和控制单元,所述控制单元分别与所述摄像头和所述总控模块信号连接,所述摄像头设置在暗室内;所述监控模块包括光电监测模式和红外监测模式,所述控制单元用于根据所述总控模块的控制指令切换光电监测模式和红外监测模式。
18.本发明还提供了一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估方法,采用了上述的通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统,包括以下步骤:s1、系统校准:开启通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统的各个模块进行运行调试,保证系统链路畅通,确保系统处于零度位置;根据实验需求,标定实验所需空间辐射场强度,记录此时微波信号源参数,清晰标记测向天线受试位置,记录相关参数;s2、根据侦查测向系统的飞行轨迹和航向,建立转台转速控制模型;s3、放置测向天线阵列至标定位置,射频前端单元及综合处理模块放置在微波暗室内,启动监控模块,确认微波暗室内无人,关闭微波暗室;s4、启动并预热hpm辐照环境产生模块;启动辐射源模拟信号产生模块,设置模拟目标工作参数,通过显示控制模块监测模拟信号与接收信号参数,确保两者保持一致后进入下一步骤;s5、总控模块根据所述转速控制模型,发出转台转速指令到转台控制模块,控制伺服转台按照预设的转动方向和转动速度做水平转动;设置hpm辐射源参数,向微波暗室内辐射实验所需微波脉冲;s6、实时监控伺服转台的工作状态,记录显示控制模块的信号分选结果、辐射源模拟信号产生模块参数、伺服转台的转速和方位信息,存储hpm脉冲参数和波形,综合评估hpm对侦查测向模拟子系统的性能影响;其中,零度位置为测向天线阵列的法线和辐射源模拟信号产生模块的辐射天线轴向重合。
19.优选地,步骤s3中,测向天线阵列为比幅测向天线阵列或干涉仪测向天线阵列;实验过程中需要在两种测向体制接收机之间进行切换时,先手动更换测向天线阵列,然后通过显示控制系统进行比幅和干涉仪测向处理算法的在线重加载,并对测向系统进行重新校准,重复步骤s4~s6,实现高功率微波对比幅和干涉仪两种测向体制接收机的效应评估。
20.前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案,均为本发明可采用并要求保护的方案;且本发明,(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合,均为本发明所要保护的技术方案,在此不做穷举。
21.本发明的有益效果:1、本发明的评估系统,将现有技术中易损坏的测向接收机前端敏感器件封装成独
立的单元,即lru单元,方便测试过程中损坏后的现场更换,降低了实验成本,便于进行多样本量下的hpm损伤效应评估。
22.2、利用辐射源模拟信号产生模块和伺服转台模拟实际情况中的目标雷达和侦查测向系统相对位置变化,再用hpm辐照环境产生模块产生hpm干扰信号,模拟侦查测向系统在hpm干扰环境下运行,便于实时评估hpm对侦查测向系统的性能影响。
23.3、本发明的测向天线阵列为比幅测向天线阵列或干涉仪测向天线阵列,测向天线阵列进行手动切换后,只需切换综合处理模块的分析处理算法,即可实现不同测向体制的测试评估,方便快捷,节约资源,兼顾比幅和干涉仪两种主要测向体制侦查测向系统hpm效应评估需求。
附图说明
24.图1是本发明的通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统结构示意图。
25.图2是本发明的通用侦查测向系统高功率微波效应评估方法流程图。
26.附图中的标号为:1

电磁屏蔽间;2

辐射源模拟信号产生模块;21

辐射信号源;22

辐射天线;3

监控模块;31

控制单元;32

摄像头;4

hpm辐照环境产生模块;41

hpm信号源;42

辐照天线;5

总控模块;6

伺服转台;7

转台控制模块;8

第一光电转换模块;9

测向天线阵列;10

lru单元;11

射频前端单元;12

综合处理模块;13

电源模块;14

第二光电转换模块;15

显示控制模块;16

微波暗室。
具体实施方式
27.下列非限制性实施例用于说明本发明。
28.实施例1:参考图1所示,一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统,包括总控模块5、hpm辐照环境产生模块4、辐射源模拟信号产生模块2、监控模块3和显示控制模块15,以及设置在微波暗室16内的侦查测向模拟子系统。
29.总控模块5用于控制整个系统的运行。hpm辐照环境产生模块4与总控模块5信号连接,用于产生hpm信号,模拟hpm干扰环境;hpm辐照环境产生模块4包括hpm信号源41、放大器和辐照天线42,其辐照天线42设置在微波暗室16内,在微波暗室16内模拟hpm干扰环境。
30.辐射源模拟信号产生模块2与总控模块信号5连接,用于模拟目标雷达的信号参数和样式;辐射源模拟信号产生模块2包括辐射信号源21和辐射天线22,其辐射天线22同样设置在微波暗室16内,辐射信号源可产生常规脉冲、频率捷变、脉冲多普勒、脉冲压缩或连续波体制的模拟目标雷达信号。
31.监控模块3包括控制单元31和摄像头32,摄像头32设置在微波暗室16内,监控模块3用于监控侦查测向模拟子系统的运行。控制单元31分别与摄像头32和总控模块5信号连接,监控模块3包括光电监测模式和红外监测模式,控制单元31用于根据总控模块5的控制指令切换光电监测模式和红外监测模式。
32.显示控制模块15用于控制侦查测向模拟子系统的校准、工作体制设置以及信号分选、显示、存储设置,并采集hpm干扰作用下侦查测向模拟子系统信号分选结果,便于实验数据分析及后处理。
33.侦查测向模拟子系统用于模拟侦查测向系统,侦查测向模拟子系统包括测向天线阵列9、伺服转台6和转台控制模块7;测向天线阵列9设置在伺服转台6上,转台控制模块7分别与伺服转台6和第一光电转换模块8信号连接,且第一光电转换模块还连接到总控模块5,总控模块5发出控制指令到转台控制模块7,转台控制模块7控制伺服转台6带动测向天线阵列9在水平方向上旋转。
34.本实施例的测向天线阵列9为比幅测向天线阵列或干涉仪测向天线阵列。伺服转台6为绝缘材料制成,使用绝缘材料可以减小伺服转台6对微波暗室16内微波场分布的影响,实现高精度的微波功率密度控制;转台控制模块7通过第一光电转换模块8连接到总控模块5,采用第一光电转换模块8将总控模块5发出的控制信号进行转换,避免hpm信号通过网线电磁耦合影响系统正常工作。
35.侦查测向子系统还包括lru单元10、射频前端单元11、综合处理模块12和电源模块13;电源模块13为射频前端单元11和综合处理模块12供电;lru单元10连接测向天线阵列9和射频前端单元11,射频前端单元11连接到综合处理模块12,综合处理模块12通过第二光电转换模块14连接到显示控制模块15。
36.其中,lru单元用于将测向天线阵列9的信号进行限幅,然后传输到射频前端单元11;lru(现场可更换单元)模块,采用分离设计,把限幅器单独封装成模块,在试验过程中损伤后可现场进行更换,降低了实验成本,便于进行多样本量下的hpm损伤效应评估。
37.本实施例的lru单元10为测向接收机前端可更换敏感器件,通过sma转接器和测试线缆与测向天线阵9和射频前端单元11连接。
38.本实施例的射频前端单元11由限幅、开关、低噪放、数控衰减器、数控移相器、温补器、均衡器、预选滤波、校正功分等部分组成,数控衰减器和数控移向器完成对接收信号的幅度和相位的调制;本实施例可通过射频前端单元11的连续可控数控衰减器和数控移向器,模拟前端信号幅度和相位信息的改变,对限幅器不同毁伤情况对系统性能的影响进行预测模拟。射频前端单元11通过四根长度相同的稳幅稳相电缆与lru单元10连接,对测向天线阵列9馈入的射频信号进行限幅、滤波、放大、频率预选,然后传输给综合处理模块12,综合处理模块12对接收到的信号进行分析,并将分选结果通过第二光电转换模块14转换后传输到显示控制模块15。
39.本实施例的总控模块5、辐射源模拟信号产生模块2的辐射信号源21、hpm辐照环境产生模块4的hpm信号源41、监控模块3的控制单元31和显示控制模块15均位于电磁屏蔽间1内。
40.本系统采用硬件共用、软件重加载的设计理念,共用射频前端单元11和综合处理模块12,内置干涉仪和比幅两套信号处理算法。需要切换测向体制时,手动更换测向天线阵列,显示控制模块15重新加载系统逻辑算法、嵌入式软件和上位机控制程序,实现在显示控制模块界面一键切换两种测向体制,采用类似方法,同时具备扩展为旋转定向天线测向(需改变天线+伺服系统)和相控阵或dbf测向体制(需要增加天线单元数量及后端通道处理能力)能力。
41.参照图2,一种通用侦查测向系统高功率微波效应评估方法,采用了上述的通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统,包括以下步骤:s1、系统校准:开启通用侦查测向系统高功率微波效应评估系统的各个模块进行
运行调试,保证系统链路畅通,确保系统处于零度位置;根据实验需求,标定实验所需空间辐射场强度,记录此时微波信号源参数,清晰标记测向天线受试位置,记录相关参数。具体为:开启监控模块,hpm辐射环境产生模块开机预热,布设辐射场测试天线,设置hpm辐射源参数,确认暗室内无人员后关闭暗室大门;根据试验需求,准确标定评估实验所需hpm辐射场强度,作为侦查测向模拟子系统效应评估实验的受试位置;将实验所需测试的测向天线阵列放置于标定位置处的非金属伺服转台上,侦查测向模拟子系统的各个设备开机,利用显示控制模块设置侦查测向系统工作体制及工作参数。
42.调整模拟目标雷达信号的辐射源模拟信号产生模块的辐射天线位于测向天线阵列中心位置,借助全站仪确保辐射源模拟信号产生模块的辐射天线与测向天线阵列的阵面轴向一致,辐射源模拟信号产生模块开机预热并辐射模拟信号,确认整个链路通畅。
43.显示控制模块通过第二光电转换模块设置侦查测向模拟子系统的工作频率和测向体制,开始对辐射源模拟信号进行分选、识别,并上报显示控制模块。通过显示控制模块记录此时信号分选结果,确保系统处于零度位置。
44.其中,零度位置为测向天线阵列的法线和辐射源模拟信号产生模块的辐射天线轴向重合。
45.s2、根据侦查测向系统的飞行轨迹和航向,建立转台转速控制模型;总控模块通过第一光电转换模块远程控制伺服转台,根据前期调研的侦查测向子系统所模拟的实际的侦查测向系统的飞行轨迹信息,通过理论计算和数学处理,在水平方向上,将目标雷达与侦查测向系统的位置基准关系转化为以侦查测向系统为原点,目标雷达相对于侦查测向系统的方位变化关系,通过数学处理,将其等效为转台的转动速度和方向信息。建立转台转速控制模型,给出转台转速指令,通过总控模块下发指令至转台控制模块,实现伺服转台按照预设的转动方向和转动速度做水平转动。
46.s3、放置测向天线阵列至标定位置,射频前端单元及综合处理模块放置在微波暗室内,启动监控模块,确认微波暗室内无人,关闭微波暗室;测向天线阵列为比幅测向天线阵列或干涉仪测向天线阵列。
47.s4、启动并预热hpm辐照环境产生模块;启动辐射源模拟信号产生模块,设置模拟目标工作参数,通过显示控制模块监测模拟信号与接收信号参数,确保两者保持一致后进入下一步骤;s5、总控模块根据转速控制模型,发出转台转速指令到转台控制模块,控制伺服转台按照预设的转动方向和转动速度做水平转动;设置hpm辐射源参数,向微波暗室内辐射实验所需微波脉冲;s6、实时监控伺服转台的工作状态,记录显示控制模块的信号分选结果、辐射源模拟信号产生模块参数、伺服转台的转速和方位信息,存储hpm脉冲参数和波形,综合评估hpm对侦查测向模拟子系统的性能影响。
48.本方法的步骤s3中,需要在两种天线阵列之间切换测试时,先手动更换测向天线阵列,然后通过显示控制系统进行比幅和干涉仪测向处理算法的在线重加载,并对测向系
统进行重新校准,重复步骤s4~s6,实现高功率微波对比幅和干涉仪两种测向体制接收机的效应评估。
49.前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例,均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中,各选择例,与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。在此不做穷举,本领域技术人员可知有众多组合。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些
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