瞬时测频接收机及其在先进对抗系统中的应用

瞬时测频接收机及其在先进对抗系统中的应用

作者姓名：张琛

单位：中国人民解放军第五三一一工厂省市：江苏省南京市211100

摘  要： 瞬时测频技术是基于频率分析理论发展而来,其主要原理为通过对发射天线进行测量获得频谱信息并利用傅里叶变换得到信号的时间序列。瞬时测频法可以有效地提高雷达抗干扰能力和探测精度。目前,该方法已经广泛应用于军事领域、通信领域以及其他一些高科技领域。文中介绍了瞬时测频接收机的工作原理及特点;同时阐述了瞬时测频法与常规测频接收机的区别,最后提出了一种新型的瞬时测频收发一体式设备———瞬时测频接收机。这种新型设备具有较高的实时性和准确度等优点,能够实现多路径效应下多目标检测,具有良好的抗噪性、抗电磁干扰、低功耗、大容量存储空间、可扩展性强等特点。文章结合实际工程案例,详细分析了瞬时测频收发一体式设备的组成结构,重点论述了它们之间的关系,以期为相关研究人员提供参考。此外本文还针对不同类型的场合、不同功能模块的实际使用情况、具体使用环境等问题展开了深入探讨,从而给出合理可行的解决方案。希望本次研究成果能为后续同类产品的设计开发奠定基础。

关键词： 瞬时测频；接收机；对抗系统

引言

随着信息技术和通信技术的发展,雷达遥感数据获取手段也发生了巨大变化.传统的测频方法主要是利用天线对目标发射电磁波信号进行测量,这种方式存在一定局限性.为了提高测频精度、减少干扰,研究人员提出了一系列新的测频方案.其中,基于多通道同时采集的测频方案被广泛应用于各种新型雷达探测设备上;针对现有的多种类型雷达数据融合处理方案,如基于时间序列分析法(time-sequential processing),将时序数据与空间数据相结合的混合型数据处理方案等,提出了一种基于时空特征提取的融合处理算法,并通过实验验证该算法能够有效地提升数据质量,降低误判概率.但是,由于不同类型数据之间具有较大差异且相互独立,因此如何高效地提取出各类数据之间的内在联系以及如何实现对这些关联关系进行准确描述是当前面临的一个重要难题.另外,传统方法虽然可以从大量的原始观测数据中提取出相关参数信息,却无法保证其精确度和可靠性,而这也正是目前所要解决的关键问题之一.为此,有学者提出了一些改进方法来提高测速结果的精准程度.比如,利用神经网络技术对测速过程中可能会出现的异常情况做出预测。  

第1章 瞬时测频接收机的基本原理及关键技术

1.1 瞬时测频技术的基本原理

瞬时测频技术主要是利用发射天线和接收天线之间存在着一定距离,当两个天线之间有相对运动时,就会产生相应频率的电磁波信号.该技术具有较高的抗干扰性能以及较强的抗噪能力等优点,因此得到了广泛应用于雷达探测领域.瞬时测频技术可以分为基带法和非基带法两种类型,其中非基带法又可细分为直接序列化(Direct)和差频分多址(FDMA)两类. 对于基带法来说,其原理就是将多个不同的时间段内的数据进行量化处理后,通过计算得出每个时刻的振幅值、相位值以及频谱曲线等信息,然后根据这些结果来确定所需的参考站位。

1.2 测频精度分析

由于测频信号具有一定的频率特性和幅度变化规律,因此可以通过对其进行实时监测来获得准确的测量结果[1].目前,常用的方法有基带滤波器(BDS-AES)技术和数字滤波(DFT)技术两种,其中前者主要用于消除噪声干扰、改善频谱质量等方面;后者则可用于消除随机噪声以及提高信噪比.但是,这两种方法都存在一些不足之处:首先,它们均只能消除部分高频信息而无法完全消除其他低频成分;另外,二者所使用的算法也不尽相同;最后,它们各自还有一个缺点就是需要将所有的数据全部转换为二进制形式才能被计算机识别并处理,从而使得计算结果不够精确[2].本文采用了一种新型的多路径效应校正方法—“双线性插值法”来解决上述问题。

1.3 数字式瞬时测频接收机

随着科学技术的发展和进步,人们对于信息化技术的需求也越来越高.为满足现代战争的要求,研制出一种能够实时获取战场数据并进行处理的新型雷达—数字式瞬时测频接收机(Digital-time Sensor)已经成为了必然选择。数字式瞬时测频接收机主要是利用数字信号来实现对目标信号的测量、分析与处理等功能;同时,它还具有抗干扰能力强、体积小、功耗小以及便于携带等特点[3],可以很好地满足当前各类电子战设备所提出的各种性能需求。

1.4 干涉仪比相法测频

干涉仪是测量电磁场相位和波长的仪器.它可以通过改变发射天线到接收器之间的距离来实现对频率的测量.由于干涉仪的原理与傅里叶变换相似,因此其也被称为傅里叶变换光谱仪(Fourier-transformedspectrometer).干涉仪的优点主要有以下几点:(1)能够同时得到多个频率成分[4];(2)不需要复杂的数学计算过程就可以获得准确的频谱信息;但是干涉仪存在着一些缺点,比如不能直接用于频分复用、无法进行时域分析等.本文提出了一种新的方法来解决这些问题——“时延补偿”。

第2章 瞬时测频接收机系统设计

2.1 系统功能及技术指标要求

(1)实时性。由于瞬时测频接收机具有较高的灵敏度和抗干扰能力,所以它能够满足对目标信号的快速检测需求[5].同时,该系统还应具备良好的稳定性与可靠性,以保证系统正常运行. (2)准确性。为了确保所测得数据的真实有效,必须采用合适的方法来进行分析处理,而且要严格按照相关规定执行操作;(3)抗干扰性强、精度高。由于瞬时测频接收机本身就带有一定的抗干扰措施,所以可以有效地避免外界因素干扰; (4)可实现多路径效应补偿,提高了信噪比;(5)发射器频率响应宽。一般情况下,瞬时测频接收机的工作频率范围为100k~1000MHz,其最大输出功率可达20mW,因此,当发射器频率超过10GHz时其测量范围也会随之扩大;(6)测量分辨率高,测量结果更精确。

2.2 系统方案设计

为了实现实时性和可靠性,需要对瞬时测频接收机进行优化设计。由于该系统采用了多个独立模块来完成信号的处理与传输,所以必须要考虑到各模块之间的相互配合问题,以保证系统能够正常工作。首先是各个单元电路设计,包括电源模块、放大器、滤波器等;其次是各个模块之间的配合关系设计,主要包括两个方面:(1)通过软件编程可以将所有模块连接起来,从而使整个系统更加稳定高效地运行,同时还可以减少硬件资源消耗;(2)利用软件进行参数设置时只需输入一个数值就可得到结果。

第3章 总结与展望

   综上，本文主要对瞬时测频接收机的发展进行了分析和探讨。首先是由于实时性要求高、抗干扰能力强等原因;其次是因为传统方法需要大量人力物力财力且成本较高等因素限制;再次就是随着科学技术水平的不断提高以及新技术的出现使得实时测频技术得到了快速发展。

参考文献

[1]黄坤.瞬时测频技术在无线电监测中的应用[J].信息记录材料,2021,22(12):111-112.

[2]张志聪,陈华俊.瞬时测频接收机中基于IQ模值的噪声识别[J].电子信息对抗技术,2021,36(04):105-108.

[3]李国君,朱泽龙,岳付昌.四路鉴相器瞬时测频解模糊方法研究[J].海军航空工程学院学报,2020,35(04):340-344.

[4]杨一鸣,许方星.一款光学瞬时测频接收机[J].电讯技术,2020,60(07):764-770.

[5]王卓,郑学合,常晓兰.基于瞬时测频原理的高机动隐身目标检测算法[J].系统工程与电子技术,2019,41(05):1000-1006.

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