摘 要： 壓制式毫米波干擾模擬器能夠真實(shí)模擬引信所面臨的干擾環(huán)境，為實(shí)驗(yàn)提供阻塞噪聲、瞄準(zhǔn)噪聲、掃頻噪聲。本文分析了壓制式噪聲產(chǎn)生原理，阻塞噪聲、瞄準(zhǔn)噪聲采用噪聲調(diào)頻的方式得到，掃頻噪聲采用函數(shù)掃頻的方式得到。提出了三種可行的毫米波干擾模擬器的實(shí)現(xiàn)方案：上變頻方案、濾波方案和倍頻方案。對(duì)以上三種方案進(jìn)行了分析和比較，最終設(shè)計(jì)采用了倍頻方案，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
關(guān)鍵詞： 毫米波；干擾模擬器；壓制式干擾；引信
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雷達(dá)引信是利用雷達(dá)波獲取目標(biāo)信息而控制發(fā)火的近炸雷達(dá)引信。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)雷達(dá)引信的人為干擾可以分為無(wú)源干擾和有源干擾。壓制式干擾屬于有源干擾的一種，是干擾方用強(qiáng)大的干擾功率壓制破壞雷達(dá)引信接收機(jī)的工作，或使雷達(dá)引信產(chǎn)生虛警而“早炸”；或使雷達(dá)引信接收機(jī)輸出信噪比降低，造成雷達(dá)引信對(duì)目標(biāo)的探測(cè)困難，甚至失掉目標(biāo)信息而使雷達(dá)引信“瞎火”。
壓制式干擾是目前廣泛采用的干擾形式。根據(jù)實(shí)施干擾方法的不同，這種干擾又分為掃頻式干擾、阻塞式干擾和瞄準(zhǔn)式干擾。掃頻式干擾發(fā)射等幅或調(diào)制的射頻信號(hào)，其載頻以一定速率在很寬的頻率范圍內(nèi)按一定規(guī)律做周期性變化，當(dāng)頻率掃過(guò)雷達(dá)引信通帶時(shí)，就可以使其“早炸”。阻塞式干擾發(fā)射寬頻帶的干擾信號(hào)，因此可對(duì)頻帶內(nèi)的雷達(dá)引信同時(shí)進(jìn)行干擾。瞄準(zhǔn)式干擾是在接收機(jī)雷達(dá)引信輻射信號(hào)的基礎(chǔ)上，將干擾頻率對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)引信工作頻率，并將其功率集中在一個(gè)略大于雷達(dá)引信工作頻帶的頻率范圍內(nèi)。
毫米波通常是指波長(zhǎng)介于1mm～10mm的一段電磁頻譜。從頻譜分布來(lái)看，毫米波低端與微波相連，而高端則和紅外、光波相連接。和微波相比，毫米波波長(zhǎng)短，因而其設(shè)備體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)性好。這些特點(diǎn)正是精確制導(dǎo)武器和各種飛行器所必須具備的。因此雷達(dá)引信工作頻段在向毫米波方向發(fā)展。毫米波干擾模擬器通過(guò)產(chǎn)生在毫米波段不同性質(zhì)的干擾噪聲可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)引信抗干擾能力的評(píng)估。
1 壓制式干擾原理分析
干擾模擬器提供阻塞式干擾，瞄準(zhǔn)式干擾和掃頻式干擾。
對(duì)于阻塞式干擾，瞄準(zhǔn)式干擾，可以由隨機(jī)信號(hào)通過(guò)調(diào)頻的方式得到。隨機(jī)信號(hào)f(t)是均值為零的高斯隨機(jī)信號(hào)，其幅度概率密度可以表示為：
由隨機(jī)信號(hào)f(t)調(diào)頻得到的調(diào)頻信號(hào)Ψ(t)的功率譜密度為ΨFM(ω)，其表達(dá)式為：
在Δωg內(nèi)，形成了一個(gè)噪聲干擾帶，對(duì)在這個(gè)頻帶內(nèi)的信號(hào)可以起到干擾作用。
干擾模擬器的掃頻式干擾可以通過(guò)函數(shù)掃頻的方式得到。其中載頻為某一頻率的正弦波，調(diào)制波形為各種函數(shù)波形，如正弦波、矩形波、三角波等。疊加上一定帶寬的瞬時(shí)噪聲，從而形成函數(shù)掃頻式干擾。通過(guò)選擇不同的掃頻率函數(shù)，可以模擬不同掃頻狀態(tài)下噪聲對(duì)雷達(dá)引信的干擾。不失一般性，以線性調(diào)頻波為例分析。線性調(diào)頻波的產(chǎn)生方式是一個(gè)鋸齒波加到壓控振蕩器(VCO)上形成的，在理想情況下，VCO的頻率傾斜度為一直線，對(duì)VCO施加一線性電壓，其輸出信號(hào)的頻率應(yīng)隨時(shí)間呈線性變化。
線性調(diào)頻波是在周期T內(nèi)，形成一個(gè)帶寬為B的掃頻信號(hào)。線性調(diào)頻波在數(shù)學(xué)上可以表示為：
如果掃頻的過(guò)程中疊加上瞬時(shí)噪聲，則在帶寬B內(nèi)干擾信號(hào)以速率為1/T作周期性的變化，可以形成一個(gè)干擾帶，對(duì)頻帶內(nèi)的雷達(dá)引信同時(shí)進(jìn)行干擾。
同理，如果掃頻率函數(shù)為三角波、階梯波、鋸齒波、正弦波等，在掃頻過(guò)程中疊加上瞬時(shí)噪聲，可以得到載頻以不同規(guī)律變化的掃頻干擾過(guò)程。
壓制式干擾產(chǎn)生結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。壓制式干擾產(chǎn)生由函數(shù)波形發(fā)生器、基帶白噪聲發(fā)生器、壓控振蕩器(VCO)等組成。當(dāng)工作在阻塞式干擾和瞄準(zhǔn)式干擾方式時(shí)，波形發(fā)生器不工作，只有帶限白噪聲經(jīng)過(guò)隔直濾波放大以后加到VCO上，噪聲頻譜的中心位置通過(guò)加到VCO上的直流偏壓大小來(lái)控制，噪聲調(diào)頻半功率點(diǎn)帶寬通過(guò)加到VCO上的帶限白噪聲幅值來(lái)控制。基帶白噪聲加到VCO以后將得到阻塞或瞄準(zhǔn)噪聲?；鶐г肼暤姆确秶强勺兊?，不同幅度的基帶噪聲通過(guò)VCO以后將得到不同帶寬的調(diào)頻噪聲。在通帶范圍內(nèi)的噪聲具有均勻的功率譜密度，在工程上是可以接受的干擾噪聲。通過(guò)調(diào)節(jié)加到VCO上的直流電壓的大小可以控制噪聲頻譜中心位置，將噪聲再通過(guò)濾波器以后就可以得到所需工作頻段的噪聲干擾信號(hào)。而掃頻式干擾由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生不同的函數(shù)波形以供選擇，函數(shù)波形經(jīng)過(guò)隔直濾波放大以后加到VCO上，此時(shí)白噪聲發(fā)生器提供一個(gè)瞬時(shí)的干擾噪聲。干擾頻譜的中心位置通過(guò)加到VCO上的直流偏壓大小來(lái)控制，掃頻率帶寬通過(guò)加到VCO上的波形的幅值來(lái)控制。使用Simulink進(jìn)行建模仿真，可以得到白噪聲發(fā)生器提供產(chǎn)生的5MHz白噪聲通過(guò)VCO調(diào)頻產(chǎn)生出大于200MHz阻塞干擾噪聲。如圖2所示。
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2 干擾模擬器方案設(shè)計(jì)
干擾模擬器的設(shè)計(jì)要求提供在毫米波段的壓制式干擾，可以模擬功率和頻率的變化，而且要求其工作頻率和帶寬可以隨模擬要求的不同人為設(shè)定，功率大小也能夠依照要求改變大小，且有足夠大的動(dòng)態(tài)范圍。
為了實(shí)現(xiàn)上述要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中提出以下幾種可行的方案。
2.1 上變頻方案
上變頻方案如圖3所示。為獲得毫米波噪聲干擾信號(hào)，電路采用三次頻率變換過(guò)程?；鶐г肼暯?jīng)過(guò)三次混頻，被調(diào)制到Ka波段，再經(jīng)毫米波功放達(dá)到足夠大的發(fā)射功率。采用三次混頻的目的是確保各級(jí)本振信號(hào)被濾除干凈。該方案的優(yōu)點(diǎn)是未采用倍頻器件，信號(hào)完整性好。功率大小的改變通過(guò)電調(diào)衰減器來(lái)控制，這一過(guò)程在Ku波段完成。該電路設(shè)計(jì)方案在工程上比較成熟，缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，高中頻毫米波混頻器貨源不好尋找。所以最終設(shè)計(jì)沒(méi)有采用該方案。
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2.2 濾波方案
濾波方案如圖4所示。阻塞噪聲和瞄準(zhǔn)噪聲使用的模擬噪聲發(fā)生器經(jīng)開(kāi)關(guān)濾波器組產(chǎn)生；開(kāi)關(guān)濾波器組用來(lái)選擇兩種噪聲信號(hào)的帶寬；開(kāi)關(guān)控制信號(hào)由控制單元產(chǎn)生。掃頻噪聲由函數(shù)波形加到恒溫VCO后通過(guò)調(diào)頻的方式產(chǎn)生，掃頻過(guò)程中需要疊加的瞬時(shí)噪聲也來(lái)自模擬噪聲發(fā)生器。兩路中頻噪聲同本振信號(hào)混頻產(chǎn)生Ku波段的微波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)倍頻、功率放大調(diào)制到Ka波段得到功率足夠大的毫米波噪聲干擾信號(hào)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是阻塞噪聲與瞄準(zhǔn)噪聲頻譜基本不受溫度影響。缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本高，且電路方案不太成熟，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大。所以最終設(shè)計(jì)也沒(méi)有采用該方案。
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2.3 倍頻方案
倍頻方案如圖5所示?；鶐О自肼暫秃瘮?shù)波形通過(guò)信號(hào)合成器以后加到VCO上，通過(guò)調(diào)頻的方式得到在中頻頻段的阻塞、瞄準(zhǔn)和掃頻噪聲。該中頻噪聲通過(guò)一次混頻到Ku段，再二倍頻到Ka段，實(shí)現(xiàn)毫米波段的干擾噪聲。由于該方案從研制成本和工程實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)都是最合適的方案，所以最終設(shè)計(jì)采用了該方案。
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3 實(shí)測(cè)結(jié)果和結(jié)論
圖 6是采用倍頻方案的干擾噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果圖?？梢?jiàn)，采用倍頻方案可以很好地實(shí)現(xiàn)毫米波干擾模擬器的設(shè)計(jì)。
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