CN111257655A - 射频传感器被截获距离测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种射频传感器被截获距离测试设备，旨在提供一种应用场景丰富，工作频段宽、灵敏度高的测试设备。本发明通过下述技术方案实现：测量接收分系统接收天线伺服分系统传送过来的射频信号，通过下变频单元变频输出两路中频信号分别至数据采集分系统和数字信号处理分系统；数据采集分系统接收一路中频信号，采用高速模数转换和固态磁盘阵的存储系统对中频信号进行采样和存储；数字信号处理分系统对另一路中频信号进行高速采样，在FPGA模块内实现数字信道化接收，对数字信道化输出的信号进行数字信号处理，测量信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型参数，形成脉冲流数据，并实时存储，为被截获距离的事后分析提供输入。

Description

射频传感器被截获距离测试设备

技术领域

本发明涉及一种针对射频传感器被截获距离的测试设备，以用于测试各类射频传感器的被截获距离指标。

背景技术

长期以来，现代飞行器使用大量的雷达、通信、导航、识别、电子对抗等机载射频传感器，对平台的低截获性能带来了极大的挑战。面对复杂的电磁环境，处于工作状态的飞行器需要辐射大量电磁信号，飞行器生存能力会因为射频信号被无源探测系统截获而受到威胁。射频低截获概率LPI(Low Probability of Intercept,LPI)技术涉及所有具有主动电磁信号辐射的用频设备，例如机载雷达、数据链系统、无线电高度表、导航设备、电子对抗设备等，要求在空域、时域、频域对这些设备的电磁辐射进行综合控制。LPI技术是机载航电系统层面的综合管控问题，可大致细分为LPI波形技术、辐射源功率控制技术、定向天线技术等。所以，LPI技术的核心不是某个单一技术或者单一机载设备的问题，而是多个设备和多项技术的综合体现。LPI射频传感器需要主动利用电磁波感知，同时避免敌方电子侦察系统的被动探测。不主动探测会在感知环节处于被动地位。因此，射频传感器LPI技术的主要矛盾在于既需要在感知环节利用射频传感器主动感知态势，又需要避免因使用射频传感器而导致被无源探测系统截获。射频传感器LPI设计问题，就是基于环境感知与评估，解决射频传感器辐射的管控问题，确保在风险可控的前提下进行电磁辐射。所有的无源威胁都来自具有探测、分类和识别功能的截获接收机。目前，LPI技术研究大多基于Schleher截获因子α。α＞1时射频低截获概率性能较差。LPI技术是以雷达、数据链等射频辐射源的作用距离与截获接收机的截获距离为模型，对模型中参数进行研究，通过功率控制、波形设计、时间控制等技术手段，使截获接收机难以截获辐射源信号或者截获到后难以识别，最终达到射频低截获概率的目的。

目前国外关于射频低截获概率技术的研究大部分内容仍处于高度保密状态，公开发行的研究资料显示已经具备LPI功能的射频传感器相对较少。国内对机载雷达、航空通信等航电设备的LPI研究起步较早，在基础理论研究上成果丰硕。但射频传感器被截获距离测试系统不等同于无源探测设备，因为前者对系统的要求更苛刻，如射频传感器被截获距离的测试要求设备同时具备天线随动跟踪、信号精确测量、信号脉冲描述字数据无缝存储以及被截获距离指标分析计算等功能。因此目前来看，国内缺少专门用于针对射频传感器被截获距离测试的特定侦收装备。另外，国内尚未制定出射频传感器被截获距离测试标准和指标分析方法，在研究技术方面没有统一的度量标准。国内尽管在无源探测系统性能测试方面有相应的国家标准，但无法直接借用于射频传感器被截获距离性能外场测试。例如国标中规定了侦察距离的飞行试验方法，但对于被截获距离的测试而言，在试验环境、试验方法和数据处理方法上均存在一定的局限性。例如：(1)考虑的电磁环境比较单一，仅有一部配试雷达辐射信号，无法适用于复杂的电磁环境；(2)试验过程要求地面配试雷达持续跟踪侦察设备载机，因此，仅能测试对雷达主瓣信号的截获距离；(3)缺乏射频传感器LPI性能的验证与评估手段。雷达信号的截获与否，仅通过显示屏幕进行粗略观察和人为判断，缺乏严格的数据分析过程，难以准确评估。目前射频传感器LPI性能的测试尚缺乏实验室级的效能验证与评估平台。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种应用场景丰富，工作频段宽、灵敏度高，能够测量典型机载射频传感器被截获距离的测试设备。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种射频传感器被截获距离测试设备，包括：相连计算机控制分系统并与所述计算机控制分系统进行双向通信的天线伺服分系统、测量接收分系统、数字信号处理分系统和数据采集分系统，其特征在于：天线伺服分系统接收计算机控制分系统的控制指令，控制伺服转台，使监测接收天线对准辐射源，完成对待测传感器信号的侦收，并将侦收到的信号传送至测量接收分系统；测量接收分系统接收天线伺服分系统传送过来的射频信号，利用内置高增益的低噪声放大器进行放大，利用内置滤波器滤波，通过下变频单元变频输出两路中频信号分别至数据采集分系统和数字信号处理分系统；数据采集分系统接收一路中频信号，采用高速模数转换和固态磁盘阵的存储系统对中频信号进行采样和存储；数字信号处理分系统对另一路中频信号进行高速采样，在现场可编程门阵列模块内实现数字信道化接收，对数字信道化输出的信号进行数字信号处理，实现对信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型等参数的测量，形成脉冲流数据，并实时存储，为被截获距离的事后分析提供输入。

本发明具有如下有益效果：

应用场景丰富。本发明采用集高速数据采集存储、信号参数测量和被截获距离事后分析评估的一体化测试装置，针对被试雷达信号、通信信号、导航信号、识别信号和电子干扰信号进行全概率截获和各项参数的实时测量，利用数字信道化接收机技术，采用相连计算机控制分系统并与计算机控制分系统进行双向通信的天线伺服分系统、测量接收分系统、数字信号处理分系统和数据采集分系统，实现了专门用于射频传感器被截获距离测试的宽带射频信号侦收系统。通过天线伺服分系统进行方位360°、俯仰0°～90°全空域的信号侦收，可应用于地面外场和空中试飞场景，进行射频传感器主瓣和副瓣被截获距离的测试。通过数字信号处理分系统对信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型等参数进行实时测量并采集存储，可以在地面外场或空中试飞场景条件下精确测试雷达、通信、导航、识别和电子干扰等各类射频传感器的主、副瓣被截获距离。

工作频段宽，灵敏度高。本发明采用天线伺服分系统接收计算机控制分系统的控制指令，控制伺服转台，使监测接收天线对准辐射源，完成对待测传感器信号的侦收，并将侦收到的信号传送至测量接收分系统。利用四副宽频段的侦察天线组成的天线伺服分系统的监测接收天线，覆盖30MHz～40GHz的工作频段，可针对典型的雷达信号、通信信号、导航信号、识别信号和干扰信号进行测试。测量接收分系统内置高增益的低噪声放大器，使本发明能检测出更低幅度的信号，也就是说本发明有较高的接收灵敏度。

评估方法灵活。本发明可以利用数据采集分系统完成原始的中频信号的采样和存储，也可以利用数字信号处理分系统接收原始中频信号，经采样和数据处理后，输出未分选的脉冲流数据和分选后的脉冲流数据，在计算机控制分系统上实时显示脉冲流数据，同时实时存储原始中频信号和脉冲流数据，供试验后进行被截获距离的精确分析评估。本发明能够在计算机控制分系统上灵活选取原始的中频信号、未分选的脉冲流数据和分选后的脉冲流数据三种数据进行事后分析评估。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。

图1是本发明射频传感器被截获距离测试设备的工作原理示意图。

图2是本发明的地面外场试验测试图。

图3是本发明的空中试飞试验测试图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种射频传感器被截获距离测试设备，包括：相连计算机控制分系统并与所述计算机控制分系统进行双向通信的天线伺服分系统、测量接收分系统、数字信号处理分系统和数据采集分系统。天线伺服分系统接收计算机控制分系统的控制指令，控制伺服转台，使监测接收天线对准辐射源，完成对待测传感器信号的侦收，并将侦收到的信号传送至测量接收分系统；测量接收分系统接收天线伺服分系统传送过来的射频信号，利用内置高增益的低噪声放大器进行放大，利用内置滤波器滤波，通过下变频单元变频输出两路中频信号分别至数据采集分系统和数字信号处理分系统；数据采集分系统接收一路中频信号，采用高速模数转换和固态磁盘阵的存储系统对中频信号进行采样和存储；数字信号处理分系统对另一路中频信号进行高速采样，在现场可编程门阵列模块内实现数字信道化接收，对数字信道化输出的信号进行数字信号处理，实现对信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型等参数的测量，形成脉冲流数据，并实时存储，为被截获距离的事后分析提供输入。计算机控制分系统对天线伺服分系统、测量接收分系统、数据采集分系统、数字信号处理分系统进行控制管理，记录显示接收机的测量数据，包括原始的中频信号数据、未分选的脉冲流数据和分选后的脉冲流数据，并对以上测量数据进行事后评估。

测量接收分系统包括与计算机控制分系统通信并接收天线伺服分系统射频信号的高频前端，对射频信号进行下变频并将变频所得中频信号送至数据采集分系统和数字信号处理分系统的下变频单元，与计算机控制分系统通信并为下变频单元提供本振信号的频综单元。其中，高频前端接收天线伺服分系统输出的射频信号，通过计算机控制分系统选择射频通道切换电路后，经限幅、低噪声放大和滤波输出一路射频信号，并送入下变频单元；下变频单元采用下变频器将高频前端输出的射频信号进行下变频、滤波、放大和功分，输出两路中频信号，并将输出的两路中频信号分别输入数字信号处理分系统和数据采集分系统。频综单元产生下变频单元所需的点频本振及宽带本振，同时给数字信号处理分系统和数据采集分系统提供模数转换所需的时钟信号。

数字信号处理分系统高速采样中频信号，在现场可编程门阵列模块内实现数字信道化接收，经数字信道化输出的信号进行数字信号处理，实现信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型等参数的测量，形成脉冲流数据，并实时存储，为计算机控制分系统被截获距离的事后分析提供输入。

数据采集分系统采用高速模数转换和固态磁盘阵的存储系统实现原始中频信号的采样和存储。

计算机控制分系统主要完成设备整机的控制管理、接收机测量参数的记录显示以及被截获距离的事后分析评估。

参阅图2。本实施例的射频传感器被截获距离测试设备(以下简称测试设备)采用的地面外场试验场景包括：传感器载车和地面配试车。传感器载车与地面配试车通信主瓣波束对准，进行正常通信。通过伺服转台调整测试设备的天线转台方位和俯仰角，根据已知的射频传感器发射天线波束指向，调整测试设备监测接收天线波束指向，进行射频传感器发射信号的侦收，保证测试设备监测接收天线波束对准传感器载车的射频传感器发射天线波束，并设定测试设备的侦收中心频率和带宽，使之和传感器发射信号的频率和带宽保持一致。

测量接收分系统根据计算机控制分系统发送的指令，调节测试设备的侦收衰减器，直到能侦收到信号，计算机控制分系统记录传感器信号频率f₀，记录侦收衰减值L_f(L_f＞0)，利用测试设备的灵敏度S_min计算试验中的灵敏度S₀：S₀＝S_min+L_f，监测接收天线与传感器发射天线的实际距离R₀即为灵敏度S₀对应的传感器主瓣被截获距离。通过折算，在灵敏度S₁下，射频传感器工作在频点f₀时的主瓣被截获距离为R₁，R₁＝R₀(S₀/S₁)^1/2。改变传感器辐射信号的频率，并且对应调整测试设备的中心频率，使得两者保持一致。重复上述步骤，得到射频传感器不同工作频率和不同灵敏度下的通信主瓣被截获距离。

参阅图3。本实施例的射频传感器被截获距离测试设备(以下简称测试设备)采用的空中试飞试验场景，包含传感器载机、目标机和地面配试车。传感器载机的雷达主瓣波束照射目标机，对目标机进行空空探测。传感器载机通过数据链路实时向地面配试车下发传感器载机的位置数据、波束指向，通过以太网实时转发至测试设备，测试设备根据接收的传感器载机的位置数据，实时改变监测接收天线指向，实现对传感器载机的跟踪。传感器载机以恒定高度和稳定姿态，相对目标机做多次往返飞行，当传感器载机和目标机两者相对距离小于设定的退出距离时，两机返航。测试设备对截获到的传感器载机飞行空域的雷达信号，启动参数测量，输出信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型等参数，并与本架次的雷达参数、波束指向进行匹配，完成信号分选，确定信号首次被截获时刻，计算得到各个架次中首次被截获时刻对应的传感器载机与测试设备的距离，取其最大值作为雷达副瓣被截获距离。

尽管上述参照优选实施例及其特定示例说明并描述了本发明，但是本领域技术人员将易于理解其他实施例和示例也可以执行类似功能和/或实现类似结果。由此理解，所有这种等价实施例和示例均在本发明的精神和范围内，并旨在由所附权利要求涵盖。

Claims (10)

1.一种射频传感器被截获距离测试设备，包括：相连计算机控制分系统并与所述计算机控制分系统进行双向通信的天线伺服分系统、测量接收分系统、数字信号处理分系统和数据采集分系统，其特征在于：天线伺服分系统接收计算机控制分系统的控制指令，控制伺服转台，使监测接收天线对准辐射源，完成对待测传感器信号的侦收，并将侦收到的信号传送至测量接收分系统；测量接收分系统接收天线伺服分系统传送过来的射频信号，利用内置高增益的低噪声放大器进行放大，利用内置滤波器滤波，通过下变频单元变频输出两路中频信号分别至数据采集分系统和数字信号处理分系统；数据采集分系统接收一路中频信号，采用高速模数转换和固态磁盘阵的存储系统对中频信号进行采样和存储；数字信号处理分系统对另一路中频信号进行高速采样，在现场可编程门阵列模块内实现数字信道化接收，对数字信道化输出的信号进行数字信号处理，实现对信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期、调制类型参数的测量，形成脉冲流数据，并实时存储，为被截获距离的事后分析提供输入。

2.如权利要求1所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：计算机控制分系统对天线伺服分系统、测量接收分系统、数据采集分系统、数字信号处理分系统进行控制管理，记录显示接收机的测量数据，包括原始的中频信号数据、未分选的脉冲流数据和分选后的脉冲流数据，并对以上测量数据进行事后评估。

3.如权利要求2所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：测量接收分系统包括与计算机控制分系统通信并接收天线伺服分系统射频信号的高频前端，对射频信号进行下变频并将变频所得中频信号送至数据采集分系统和数字信号处理分系统的下变频单元，与计算机控制分系统通信并为下变频单元提供本振信号的频综单元。

4.如权利要求3所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：高频前端接收天线伺服分系统输出的射频信号，通过计算机控制分系统选择射频通道切换电路后，经限幅、低噪声放大和滤波输出一路射频信号，并送入下变频单元；下变频单元采用下变频器将高频前端输出的射频信号进行下变频、滤波、放大和功分，输出两路中频信号，并将输出的两路中频信号分别输入数字信号处理分系统和数据采集分系统。

5.如权利要求4所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：频综单元产生下变频单元所需的点频本振及宽带本振，同时给数字信号处理分系统和数据采集分系统提供模数转换所需的时钟信号。

6.如权利要求5所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：数字信号处理分系统高速采样中频信号，在现场可编程门阵列模块内实现数字信道化接收，经数字信道化输出的信号进行数字信号处理，实现信号的幅度、频率、脉宽、脉冲重复周期和调制类型参数的测量，形成脉冲流数据，并实时存储，为计算机控制分系统被截获距离的事后分析提供输入。

7.如权利要求6所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：数据采集分系统采用高速模数转换和固态磁盘阵的存储系统实现原始中频信号的采样和存储；计算机控制分系统主要完成设备整机的控制管理、接收机测量参数的记录显示以及被截获距离的事后分析评估。

8.如权利要求7所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：伺服转台调整测试设备的天线转台方位和俯仰角，根据已知的射频传感器发射天线波束指向，调整测试设备监测接收天线波束指向，进行射频传感器发射信号的侦收，保证测试设备监测接收天线波束对准传感器载车的射频传感器发射天线波束，并设定测试设备的侦收中心频率和带宽，使之和传感器发射信号的频率和带宽保持一致。

9.如权利要求8所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：测量接收分系统根据计算机控制分系统发送的指令，调节测试设备的侦收衰减器，直到能侦收到信号，计算机控制分系统记录传感器信号频率f₀，记录侦收衰减值L_f(L_f＞0)，利用测试设备的灵敏度S_min计算试验中的灵敏度S₀：S₀＝S_min+L_f，监测接收天线与传感器发射天线的实际距离R₀即为灵敏度S₀对应的传感器主瓣被截获距离；通过折算，在灵敏度S₁下，射频传感器工作在频点f₀时的主瓣被截获距离为R₁，R₁＝R₀(S₀/S₁)^1/2。

10.如权利要求9所述的射频传感器被截获距离测试设备，其特征在于：计算机控制分系统改变传感器辐射信号的信号频率f₀，并且对应调整测试设备的中心频率，使得两者保持一致，得到射频传感器不同工作频率和不同灵敏度下的通信主瓣被截获距离。

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