摘 要： 壓制式毫米波干擾模擬器能夠真實模擬引信所面臨的干擾環(huán)境，為實驗提供阻塞噪聲、瞄準噪聲、掃頻噪聲。本文分析了壓制式噪聲產生原理，阻塞噪聲、瞄準噪聲采用噪聲調頻的方式得到，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現(xiàn)方案：上變頻方案、濾波方案和倍頻方案。對以上三種方案進行了分析和比較，最終設計采用了倍頻方案，并給出了實驗結果。
關鍵詞： 毫米波；干擾模擬器；壓制式干擾；引信
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雷達引信是利用雷達波獲取目標信息而控制發(fā)火的近炸雷達引信。在實際應用中，對雷達引信的人為干擾可以分為無源干擾和有源干擾。壓制式干擾屬于有源干擾的一種，是干擾方用強大的干擾功率壓制破壞雷達引信接收機的工作，或使雷達引信產生虛警而“早炸”；或使雷達引信接收機輸出信噪比降低，造成雷達引信對目標的探測困難，甚至失掉目標信息而使雷達引信“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、阻塞式干擾和瞄準式干擾。掃頻式干擾發(fā)射等幅或調制的射頻信號，其載頻以一定速率在很寬的頻率范圍內按一定規(guī)律做周期性變化，當頻率掃過雷達引信通帶時，就可以使其“早炸”。阻塞式干擾發(fā)射寬頻帶的干擾信號，因此可對頻帶內的雷達引信同時進行干擾。瞄準式干擾是在接收機雷達引信輻射信號的基礎上，將干擾頻率對準雷達引信工作頻率，并將其功率集中在一個略大于雷達引信工作頻帶的頻率范圍內。
毫米波通常是指波長介于1mm～10mm的一段電磁頻譜。從頻譜分布來看，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，毫米波波長短，因而其設備體積小、重量輕、機動性好。這些特點正是精確制導武器和各種飛行器所必須具備的。因此雷達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產生在毫米波段不同性質的干擾噪聲可以實現(xiàn)對雷達引信抗干擾能力的評估。
1 壓制式干擾原理分析
干擾模擬器提供阻塞式干擾，瞄準式干擾和掃頻式干擾。
對于阻塞式干擾，瞄準式干擾，可以由隨機信號通過調頻的方式得到。隨機信號f(t)是均值為零的高斯隨機信號，其幅度概率密度可以表示為：
由隨機信號f(t)調頻得到的調頻信號Ψ(t)的功率譜密度為ΨFM(ω)，其表達式為：
在Δωg內，形成了一個噪聲干擾帶，對在這個頻帶內的信號可以起到干擾作用。
干擾模擬器的掃頻式干擾可以通過函數(shù)掃頻的方式得到。其中載頻為某一頻率的正弦波，調制波形為各種函數(shù)波形，如正弦波、矩形波、三角波等。疊加上一定帶寬的瞬時噪聲，從而形成函數(shù)掃頻式干擾。通過選擇不同的掃頻率函數(shù)，可以模擬不同掃頻狀態(tài)下噪聲對雷達引信的干擾。不失一般性，以線性調頻波為例分析。線性調頻波的產生方式是一個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VCO施加一線性電壓，其輸出信號的頻率應隨時間呈線性變化。
線性調頻波是在周期T內，形成一個帶寬為B的掃頻信號。線性調頻波在數(shù)學上可以表示為：
如果掃頻的過程中疊加上瞬時噪聲，則在帶寬B內干擾信號以速率為1/T作周期性的變化，可以形成一個干擾帶，對頻帶內的雷達引信同時進行干擾。
同理，如果掃頻率函數(shù)為三角波、階梯波、鋸齒波、正弦波等，在掃頻過程中疊加上瞬時噪聲，可以得到載頻以不同規(guī)律變化的掃頻干擾過程。
壓制式干擾產生結構框圖如圖1所示。壓制式干擾產生由函數(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。當工作在阻塞式干擾和瞄準式干擾方式時，波形發(fā)生器不工作，只有帶限白噪聲經(jīng)過隔直濾波放大以后加到VCO上，噪聲頻譜的中心位置通過加到VCO上的直流偏壓大小來控制，噪聲調頻半功率點帶寬通過加到VCO上的帶限白噪聲幅值來控制。基帶白噪聲加到VCO以后將得到阻塞或瞄準噪聲。基帶噪聲的幅度范圍是可變的，不同幅度的基帶噪聲通過VCO以后將得到不同帶寬的調頻噪聲。在通帶范圍內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。通過調節(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，將噪聲再通過濾波器以后就可以得到所需工作頻段的噪聲干擾信號。而掃頻式干擾由函數(shù)發(fā)生器產生不同的函數(shù)波形以供選擇，函數(shù)波形經(jīng)過隔直濾波放大以后加到VCO上，此時白噪聲發(fā)生器提供一個瞬時的干擾噪聲。干擾頻譜的中心位置通過加到VCO上的直流偏壓大小來控制，掃頻率帶寬通過加到VCO上的波形的幅值來控制。使用Simulink進行建模仿真，可以得到白噪聲發(fā)生器提供產生的5MHz白噪聲通過VCO調頻產生出大于200MHz阻塞干擾噪聲。如圖2所示。
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2 干擾模擬器方案設計
干擾模擬器的設計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定，功率大小也能夠依照要求改變大小，且有足夠大的動態(tài)范圍。
為了實現(xiàn)上述要求，在設計過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，電路采用三次頻率變換過程。基帶噪聲經(jīng)過三次混頻，被調制到Ka波段，再經(jīng)毫米波功放達到足夠大的發(fā)射功率。采用三次混頻的目的是確保各級本振信號被濾除干凈。該方案的優(yōu)點是未采用倍頻器件，信號完整性好。功率大小的改變通過電調衰減器來控制，這一過程在Ku波段完成。該電路設計方案在工程上比較成熟，缺點是電路結構比較復雜，高中頻毫米波混頻器貨源不好尋找。所以最終設計沒有采用該方案。
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2.2 濾波方案
濾波方案如圖4所示。阻塞噪聲和瞄準噪聲使用的模擬噪聲發(fā)生器經(jīng)開關濾波器組產生；開關濾波器組用來選擇兩種噪聲信號的帶寬；開關控制信號由控制單元產生。掃頻噪聲由函數(shù)波形加到恒溫VCO后通過調頻的方式產生，掃頻過程中需要疊加的瞬時噪聲也來自模擬噪聲發(fā)生器。兩路中頻噪聲同本振信號混頻產生Ku波段的微波信號，該信號經(jīng)倍頻、功率放大調制到Ka波段得到功率足夠大的毫米波噪聲干擾信號。該方案的優(yōu)點是阻塞噪聲與瞄準噪聲頻譜基本不受溫度影響。缺點是系統(tǒng)成本高，且電路方案不太成熟，技術風險大。所以最終設計也沒有采用該方案。
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2.3 倍頻方案
倍頻方案如圖5所示。基帶白噪聲和函數(shù)波形通過信號合成器以后加到VCO上，通過調頻的方式得到在中頻頻段的阻塞、瞄準和掃頻噪聲。該中頻噪聲通過一次混頻到Ku段，再二倍頻到Ka段，實現(xiàn)毫米波段的干擾噪聲。由于該方案從研制成本和工程實現(xiàn)上來說都是最合適的方案，所以最終設計采用了該方案。
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3 實測結果和結論
圖 6是采用倍頻方案的干擾噪聲實測結果圖。可見，采用倍頻方案可以很好地實現(xiàn)毫米波干擾模擬器的設計。
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