摘要：設(shè)計實現(xiàn)了一種便攜式、通用性強、模塊化，高可靠性的輻射功率檢測器。該檢測器在有源電子對抗設(shè)備的日常維護、保養(yǎng)中，可用于輻射功率的快速準(zhǔn)確檢測，可適應(yīng)于不同頻段、不同環(huán)境的應(yīng)用需要，提高了有源電子對抗設(shè)備的維護檢測效率，解決了有源電子對抗設(shè)備日常維護難以檢測的難題。
關(guān)鍵詞：便攜式；輻射功率；有源電子對抗；設(shè)備維護
0 引言
隨著國力的提升，我軍裝備大量的有源電子對抗裝備，并迅速更新?lián)Q代。為滿足平時訓(xùn)練、戰(zhàn)時打仗的需要，對有源電子對抗裝備的日常維護、保養(yǎng)、維修均提出了很高的要求，急需研制一種便攜、實用的檢測設(shè)備。本文設(shè)計了一種針對大功率電子干擾設(shè)備的輻射功率檢測器，檢測器體積小、重量輕、模塊化設(shè)計，非常適用于有源電子對抗設(shè)備的日常維護、保養(yǎng)。
1 工作原理
1．1 有源電子干擾設(shè)備工作原理
有源電子干擾設(shè)備是針對作戰(zhàn)對象輻射源信息，采用大功率壓制噪聲、欺騙干擾等輻射射頻信號，用以與真實雷達反射信號抗衡，達到破壞迷惑敵方雷達的功能的目的。常用的電子干擾設(shè)備包括引導(dǎo)式干擾設(shè)備、應(yīng)答式干擾設(shè)備，這里以引導(dǎo)式干擾設(shè)備為例，典型的引導(dǎo)式有源電子干擾設(shè)備的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖中，引導(dǎo)式有源電子干擾設(shè)備通過接收機引導(dǎo)，干擾機發(fā)射，提供有源電子干擾的能力，同時對抗可覆蓋頻段范圍內(nèi)的多部雷達。圖中所示系統(tǒng)包括一部接收機，用于檢測和接收偵察接收天線所截獲的信號，給出載頻(RF)、脈寬(PW)、脈沖幅度(PA)、到達角(AOA)、到達時間(TOA)等脈沖描述字(PDW)參數(shù)，用以引導(dǎo)干擾機，以便有源電子干擾機在時域、頻域和空域三個方面覆蓋作戰(zhàn)對象；一部干擾機，包含干擾控制、干擾發(fā)射機、干擾波束控制和干擾天線等幾部分，用以將引導(dǎo)后產(chǎn)生的干擾信號以一定的功率輻射出去。在系統(tǒng)工作時，有源電子干擾機要將控制的存儲信號或信號源信號輻射出去，要保證產(chǎn)生足夠的輻射功率來壓制真實雷達信號，即要保證最終輻射輸出功率的正常。
在有源干擾設(shè)備的試驗和研制過程中，可以采用大功率計、頻譜分析儀等通用檢測設(shè)備監(jiān)測接收有源干擾設(shè)備輻射輸出的信號，用以判斷其工作是否正常，但在有源干擾設(shè)備的現(xiàn)場維護中，一般沒有這些通用設(shè)備。一方面因為功率計、頻譜分析儀等通用設(shè)備屬于精密儀器儀表，價格昂貴，操作復(fù)雜；另一方面這些通用設(shè)備無法長期在惡劣的環(huán)境下(鹽霧、潮濕、高溫、低溫)使用，而軍用的有源電子對抗設(shè)備都是工作在惡劣的環(huán)境下，所以必須研制一種便攜式、價格低廉、操作簡單、具有較高可靠性，適用于惡劣環(huán)境的設(shè)備來滿足有源電子干擾設(shè)備的日常維護需求。
1．2 輻射功率檢測器的原理及方案設(shè)計
1．2．1 檢測器組成
輻射功率檢測器是通過接收有源電子對抗設(shè)備輻射的射頻信號，轉(zhuǎn)換為射頻信號功率，并給出功率指示，來判斷輻射功率是否正常。其工作框圖如圖2所示。
在圖2中，接收天線安裝在三角架上，指向被測系統(tǒng)發(fā)射天線方向，用來接收被測系統(tǒng)輻射出的射頻信號，接收天線與便攜式機箱之間采用低損耗射頻電纜連接。便攜式機箱包含有微波模塊、視頻檢波模塊、調(diào)理電路模塊、微處理單元、顯示面板和控制電路幾部分，其中顯示面板和控制電路部分安裝在機箱面板上，其余部分安裝在機箱內(nèi)部。
檢測器各主要模塊功能如下：
接收天線：接收被測設(shè)備的輻射信號，具有定向性，提供一定增益和頻段選擇，接收天線與機箱之間采用低損耗射頻電纜連接；
微波模塊：對接收到的輻射信號進行濾波、放大、頻段選擇、衰減控制等，輸出的微波信號送視頻檢波模塊；
視頻檢波模塊：對接收到的微波信號進行視頻檢波，檢波輸出為視頻信號，采用的是大動態(tài)范圍、高靈敏度的DLVA(數(shù)字對數(shù)檢波視頻放大器)；
調(diào)理電路模塊：調(diào)理電路包含運算放大器、A／D轉(zhuǎn)換等，將視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
微處理器單元模塊：微處理單元模塊包含MCU，FPGA，RS 232接口等，將接收到的數(shù)字信號處理轉(zhuǎn)換為功率信號，并將功率信號轉(zhuǎn)換為可顯示的數(shù)值送顯示面板顯示；
顯示面板：采用數(shù)碼管顯示的方式，直觀地給出最終的功率值；
控制電路：完成輸入信號的選擇、濾波、頻率選擇、衰減等開關(guān)控制；
電源：提供電源輸入保護，從+28 V變換為±5 V、±12 V，分別給其他各模塊提供電源。
1．2．2 硬件設(shè)計
(1)調(diào)理電路模塊
調(diào)理電路模塊對視頻檢波輸出的視頻信號進行放大、模／數(shù)轉(zhuǎn)換。放大芯片采用ADI公司的AD8132AR，提供3 dB帶寬，350 MHz，1 200 V／μs轉(zhuǎn)換速率，可通過電阻比改變增益。A／D芯片采用TI公司的TLC5540，8位采樣，最大采樣速率達40MHz，+5V單電源供電。A／D芯片TLC5 540的電壓參考采用Maxim公司的高精度，低功耗電壓參考芯片MAX6166，電壓精度可達±2mV，輸出電壓為2．5V。
(2)MCU
MCU單元完成系統(tǒng)控制、計算機接口控制、參數(shù)設(shè)置、面板接口控制、設(shè)備參數(shù)加載初始化等功能。
選用Atmel公司的8位單片機AT89S8253，兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51結(jié)構(gòu)，具有12 KB的片內(nèi)FLASH，2 KB的E2PROM，256×8 b的內(nèi)部RAM，保證了程序的運行空間和參數(shù)的存儲，32位可編程I／O接口滿足對外連接的需要，四級中斷、可編程看門狗保證了系統(tǒng)的可靠性。
(3)RS 232電平轉(zhuǎn)換
通用的計算機接口均為RS 232電平標(biāo)準(zhǔn)，要實現(xiàn)與MCU的通信，必須將標(biāo)準(zhǔn)的RS 232電平串口轉(zhuǎn)換為TTL電平的UART信號。
為保證電源簡單、功耗低，RS 232接口芯片選用了Maxim公司的MAX202E，只需+5V單電源供電，外部只需4個0．1μF的電容即可工作，提供雙路RS 232接口。
(4)FPGA
FPGA模塊作為系統(tǒng)的核心模塊，接收來自MCU的加載參數(shù)數(shù)據(jù)，同時接收高速的采樣數(shù)字信號，將采樣的數(shù)字信號與加載的參數(shù)比對、校正、組合，轉(zhuǎn)換為可以顯示的BCD碼，送給數(shù)碼顯示管進行顯示。芯片選擇Altera公司的EP1K50QC208，包含2 880個邏輯單元、40 960 b的RAM，1個鎖相環(huán)，完全滿足系統(tǒng)存儲和運算需要。FPGA的加載芯片采用被動串行芯片EPC2。
(5)電源
電源模塊提供±5 V電源，所選用的FPGA需要3．3 V和2．5 V兩種電源，芯片選用TI公司的REG104GA-3．3，輸入電壓為4．3～16 V，輸出電壓為3．3 V，最大輸出電流為1 A；此外還選用LINEAR公司的LT1764EQ-2.5，最大輸出電流為3 A，最大輸入電壓范圍為3．5～20 V，輸出電壓為2．5V。
1．2．3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要包括MCU程序、FPGA程序，分別實現(xiàn)系統(tǒng)管理、參數(shù)設(shè)置、接口控制、參數(shù)測量轉(zhuǎn)換等功能。
(1)MCU軟件
MCU軟件是整個系統(tǒng)的管理核心部分，實現(xiàn)接口控制、監(jiān)測，完成參數(shù)設(shè)置、更新，實現(xiàn)與外部接口計算機的通信；與FPGA連接，設(shè)置FPGA的初始化參數(shù)表，流程圖如圖3所示。
(2)FPGA軟件
FPGA軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，主要完成數(shù)據(jù)采集后緩沖、校正、變換等處理，通過接收來自MCU設(shè)置的參數(shù)，選擇不同的工作模式，最終將接收到的數(shù)據(jù)通過查表、編碼轉(zhuǎn)換為可顯示的BCD碼，其流程框圖如圖4所示。
(3)性能測試
通過實際測試，設(shè)計的輻射檢測器處理信號靈敏度可達到-45 dBm，最小脈沖寬度為1 μs，動態(tài)范圍為45 dB，可檢測脈沖調(diào)制和連續(xù)波信號。
2 結(jié)語
本文設(shè)計實現(xiàn)的便攜式大功率輻射檢測器可實現(xiàn)輻射功率的自動測量，采用便攜式、小型化設(shè)計，重量輕(小于5 kg)、體積小、靈敏度高、動態(tài)范圍大，可檢測連續(xù)波信號、脈沖調(diào)制信號，模塊化設(shè)計，擴展性好，靈活性強，通過采用不同模塊，可實現(xiàn)較寬的頻段覆蓋，適用于有源電子對抗設(shè)備的日常維護、保養(yǎng)和維修，也適用于雷達、指令等設(shè)備的日常檢測。
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