模擬瞬時測頻（1950-1960）

 

在20世紀(jì)50年代爆發(fā)的朝鮮戰(zhàn)爭中，對雷達(dá)制導(dǎo)防區(qū)外導(dǎo)彈的對抗需求牽引下產(chǎn)生了寬帶瞬時頻率。英國和美國的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)尋找合適的寬帶檢測和頻率測量解決方案。1957年，瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室的S. J. Robinson發(fā)明了正交鑒相器，這成為現(xiàn)代IFM的基礎(chǔ)。

 

 

1959年，瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了電子戰(zhàn)史上第一個瞬時測頻設(shè)備，并取名為Pendant。該設(shè)備使用CRT的P型顯示器，每個脈沖用一個矢量表示，從CRT的中心畫出來。矢量的長度與接收信號的強(qiáng)度成正比，角度與射頻成正比。一個機(jī)械的指針可以繞著觀察的徑向方向旋轉(zhuǎn)，并且射頻頻率可以從CRT外圍的刻度表上讀出來。該設(shè)備可以實(shí)時對雷達(dá)脈沖進(jìn)行分析，而且還能夠立即識別利用頻率分集、脈間頻率捷變和脈內(nèi)線性調(diào)頻的非常規(guī)雷達(dá)。起初，頻率測量精度受限于射頻元件的誤差，雖然通過校準(zhǔn)可以在一定程度上改善測量精度，但是改善程度有限，后來研究者發(fā)現(xiàn)通過線開關(guān)技術(shù)可以將精度提升一個數(shù)量級。

 

 

1959年，作為英美合作的一部分，美國電子戰(zhàn)工程師為Syracuse大學(xué)研究公司提供了Pendant系統(tǒng)的評估。該系統(tǒng)在美國引起了巨大的興趣，可以說是為IFM和DIFM在美國和世界范圍內(nèi)的廣泛傳播播下了種子。Pendant系統(tǒng)的評估工程師分別于1963年和1967年成立了開發(fā)和銷售IFM組件和系統(tǒng)產(chǎn)品的Curry Mclaughlin與Len公司（后來的Microwave Systems公司）和Anaren Microwave兩家公司。1965年，SURC工作人員WR Kincheloe在未經(jīng)保密許可的情況下將涉及Robinson設(shè)計的相位和瞬時頻率鑒別器在美國申請公開專利，很快，世界各國更多的公司加入到IFM的研發(fā)中來。

 

數(shù)字瞬時測頻的初期: 1960-1970

 

在模擬IFM接收機(jī)研制成功會不久，瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室便開始著手?jǐn)?shù)字瞬時測頻技術(shù)的研發(fā)。1960年，瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室設(shè)計了首個數(shù)字瞬時測頻器，并于1962年完成其中的視頻信號的數(shù)字化和根據(jù)不同延時線長度與比例組合多個并聯(lián)的鑒別器的研制。1964年，瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室在樸茨茅斯對工作于S波段的瞬時測頻接收機(jī)進(jìn)行了外場試驗(yàn)。該瞬時測頻接收機(jī)由四個鑒別器組成，它們的延時線長度比例為公比為4的等比數(shù)列。冗余數(shù)字化、解模糊邏輯電路及對延時線比例的細(xì)心篩選能夠在提供極好的頻率測量性能的同時，又使得其對元件誤差、系統(tǒng)噪聲和重疊信具備良好的容限。1967年，瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室在英國國防部項目的資助下完成了原型樣機(jī)的研制，該樣機(jī)在頻率范圍為2.5至4.1GHz，脈寬為250ns時，測頻精度為2MHz。隨后瑪拉德研究實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)了設(shè)計，使得系統(tǒng)更加緊湊，并且可以對150ns的脈沖獲得1MHz的測頻精度。

 

 

 

此時，美國SURC和斯坦福大學(xué)電子實(shí)驗(yàn)室的工作人員還一直致力于生產(chǎn)單一、緊湊的帶狀線鑒頻器，這些鑒頻器適用于模擬瞬時測頻。直到1967年，以色列的驅(qū)逐艦艾拉特號(Eilat)被埃及的“冥河”反艦導(dǎo)彈擊沉，以色列認(rèn)識到新型電子戰(zhàn)設(shè)備的重要性，于是采購了英國應(yīng)用數(shù)字瞬時測頻接收機(jī)的電子戰(zhàn)設(shè)備，該設(shè)備優(yōu)越的性能大受以色列的好評。這以后美國也轉(zhuǎn)向數(shù)字瞬時測頻的研究。

 

數(shù)字瞬時測頻的裝備：1970-1980

 

1978年，型號為UAA-1“教堂山”(Abbey Hill)的電子偵察系統(tǒng)開始裝備42型驅(qū)逐艦、21型和22型護(hù)衛(wèi)艦。該系統(tǒng)的頻率范圍為1～18GHz。UAA-1采用瞬時測頻技術(shù)，測頻精度為1.5MHz。這是DIFM在全球的首次裝備。到70年代末，數(shù)字IFM成為全球所有主要平臺的ESM頻率測量的首選子系統(tǒng)。 美國的Argosystems，EM Systems，Amecon和Probe等幾家小型系統(tǒng)公司也生產(chǎn)了基于IFM的EW系統(tǒng)。DIFM接收機(jī)也成為雷神公司贏得的DPEWS競標(biāo)的的指定選配。 在歐洲，意大利的Selenia和Elettronica公司為海軍提供的電子戰(zhàn)系統(tǒng)也使用IFM接收機(jī)。

 

 

UAA-1“教堂山”(Abbey Hill)的電子偵察系統(tǒng)

 

數(shù)字瞬時測頻的新技術(shù)的發(fā)展：1980-1990

 

在這個時期，DIFM接收機(jī)成為了ESM中的核心頻率測量單元。美國有更多的微波元件和電子戰(zhàn)系統(tǒng)公司也參與了DIFM的設(shè)計和制造業(yè)務(wù)，包括Aertech Industries,Sanders,Condor,NSL,TRW,Amecon,E systems,Kuras-Alterman, Plamic和Watkins Johnson等等。美國大型系統(tǒng)公司洛克希德，ITT，GE，西屋，雷神和諾斯羅普為其主要系統(tǒng)配備了DIFM。在歐洲，湯普森，達(dá)索，AEG ，薩博和HSA也具備開發(fā)DIFM的能力。在世界其他地區(qū)，南非的Avitronics，瑞典的Saab和以色列的Elisra，Rafael也具備開發(fā)DIFM的能力。

 

數(shù)字瞬時測頻的成熟：1990-2000

 

在這段時期，微波電子戰(zhàn)行業(yè)的發(fā)展更加合理。盡管Anaren Microwave公司成為最成功的供應(yīng)商，售出了約5000套相關(guān)設(shè)備，但ESM系統(tǒng)的需求不足以支撐上個十年出現(xiàn)的大量DIFM公司。因此出現(xiàn)大量的公司并購潮，DIFM技術(shù)的發(fā)展也更加完善。對于更大平臺的ESM系統(tǒng)，美國也正在取得進(jìn)步，增加識別和分析同時信號的能力，并能應(yīng)對高功率的CW環(huán)境。

 

憑借生產(chǎn)小型2-18GHz的能力，DFD的一些供應(yīng)商選擇增加功能以生產(chǎn)緊湊型DFD / ESM系統(tǒng)測量幅度和脈沖寬度。

 

 

數(shù)字瞬時測頻和全數(shù)字化：2000后

 

盡管DIFM仍在被廣泛裝備，但到2010年，只有為數(shù)不多的的IFM制造商存活下來。如英國的Teledyne Defense公司，美國的Anaren微波、寬帶系統(tǒng)、Akon和LNX Corp公司。在過去的十年中，隨著GHz時鐘數(shù)字電路和快速采樣保持/ ADC的發(fā)展，傳統(tǒng)的頻率測量DIFM在電子戰(zhàn)中的地位受到挑戰(zhàn)。這些快速數(shù)字化為通過IFM算法或快速傅里葉頻譜分析技術(shù)對RF直接數(shù)字化開辟了道路。

 

 

近年來，微波光子技術(shù)在瞬時測頻的應(yīng)用也是該技術(shù)的一個新的發(fā)展方向。

 

盡管數(shù)字處理技術(shù)的進(jìn)步為替代瞬時測頻接收機(jī)開辟了廣闊的商機(jī)。但對高達(dá)40GHz的微波信號進(jìn)行直接數(shù)字化可能還有一段路要走，采用多時鐘的并行DFT系統(tǒng)和最先進(jìn)的采樣數(shù)字轉(zhuǎn)換器正在提供一種可行的選擇。 毫無疑問，從眾多可能的架構(gòu)中選擇一個有價值的DIFM替代方案是目前開發(fā)設(shè)計工程師面臨的挑戰(zhàn)。

 

（來源：電波之矛）

 

 

推薦閱讀：