賀 彬，韓英永，崔 瑞，沈愛國

（1.電子工程學院電子對抗系，安徽合肥 230037；2.安徽省電子制約技術重點實驗室，安徽合肥230037）

雷達對抗電磁環(huán)境建模與模擬軟件設計

賀 彬1，2，韓英永1，2，崔 瑞1，2，沈愛國1，2

（1.電子工程學院電子對抗系，安徽合肥 230037；2.安徽省電子制約技術重點實驗室，安徽合肥230037）

模擬訓練是提高部隊訓練水平的重要手段，雷達對抗電磁環(huán)境模擬軟件是雷達對抗模擬訓練系統(tǒng)的重要組成部分。介紹了雷達對抗模擬訓練系統(tǒng)的組成，探討了構建雷達對抗電磁環(huán)境所涉及的相關數(shù)學模型，包括雷達信號模型、雷達天線掃描模型和有源干擾信號模型，研究了雷達電磁環(huán)境模擬軟件重要模塊的工作流程。

雷達對抗；電磁環(huán)境；建模；模擬

隨著雷達對抗技術的飛速發(fā)展，新型雷達對抗裝備不斷投入部隊使用。新型裝備的操作訓練是裝備戰(zhàn)斗力形成的重要環(huán)節(jié)。實裝訓練存在裝備數(shù)量少、裝備損耗大、缺少復雜電磁環(huán)境等問題。模擬訓練以其經(jīng)濟、可控、無風險以及訓練的高效率等獨特優(yōu)勢，在雷達對抗裝備訓練中得到了廣泛應用。對于雷達對抗裝備模擬訓練，能否構建接近戰(zhàn)場條件的雷達對抗電磁信號環(huán)境是系統(tǒng)設計成敗的關鍵。雷達對抗電磁環(huán)境模擬軟件模擬復雜、密集、多變的雷達對抗信號環(huán)境，以訓練操作員信號偵測、目標識別和戰(zhàn)術運用的能力［1－4］。

1 系統(tǒng)組成

雷達對抗裝備模擬訓練系統(tǒng)實現(xiàn)對雷達對抗裝備及雷達對抗電磁環(huán)境的仿真模擬。系統(tǒng)由1臺網(wǎng)絡打印機、1臺數(shù)據(jù)庫服務器、5臺計算機和網(wǎng)絡設備組成，如圖1所示。5臺計算機安裝相應軟件完成電磁環(huán)境及裝備的模擬功能。

圖1 雷達對抗裝備模擬訓練系統(tǒng)組成示意圖

天線模擬席、接收機模擬席、干擾控制模擬席和指揮控制模擬席4個席位完成對一套雷達對抗裝備的模擬，其席位功能與界面操作和實裝對應分機一致。

電磁環(huán)境模擬席模擬產(chǎn)生系統(tǒng)所需的戰(zhàn)場態(tài)勢和電磁信號環(huán)境，在電子地圖背景完成對訓練想定預案的制作、導入和導調(diào)，對公用數(shù)據(jù)庫進行管理，預案形成的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)實時可靠地分發(fā)到模擬系統(tǒng)的各個席位。

2 仿真建模

雷達對抗電磁環(huán)境模擬軟件設計的基礎是雷達對抗電磁環(huán)境數(shù)學模型的建立，由于構建的電磁環(huán)境是用于雷達對抗裝備模擬訓練系統(tǒng)的，因此，只考慮雷達對抗裝備所能感知的信號環(huán)境。根據(jù)需求，模擬軟件需要建立雷達信號、雷達天線掃描和干擾信號3種類型的數(shù)學模型。

2.1 雷達信號模型

雷達信號按技術體制可分為常規(guī)脈沖、頻率捷變、頻率分集、重頻抖動、重頻跳變、脈沖壓縮、脈沖多普勒等，雷達電磁環(huán)境模擬軟件根據(jù)技術體制建立了完備的雷達信號模型。本文分析幾種常見的復雜體制雷達信號的數(shù)學模型。

1）頻率捷變雷達信號的一般表達式為

其中A（t）為信號包絡，fn為第n個（或組）脈沖的頻率。

2）頻率分集雷達信號的一般表達式為

其中m為頻率分集數(shù)，ti為第i個子信號的發(fā)射延時時間，fi為第i個子信號的載頻。

3）線性調(diào)頻雷達信號的一般表達式為

其中k＝B／T為調(diào)頻斜率，B為調(diào)頻帶寬，T為脈沖寬度。

4）相位編碼雷達信號的一般表達式為

其中φ（t）為相位調(diào)制函數(shù)，若φ（t）取0，π值，則為二相編碼信號，若φ（t）取2個以上值時，則稱為多相碼，如四相、八相編碼。

2.2 雷達天線掃描模型

為了簡化設計，以辛格函數(shù)和高斯函數(shù)作為雷達天線方向圖形狀的代表。辛格函數(shù)天線方向圖模型為，其中為零功率波束寬度。高斯函數(shù)天線方向圖模型為其中θ0.5為半功率波束寬度，G0為天線增益。

雷達天線錐掃時，雷達對抗裝備偵收到的脈沖幅度為

其中F（θh）為被偵收圓錐掃描波束的水平波束增益函數(shù)值，Tsb為截獲點處波束運動產(chǎn)生的水平波束重復周期，A0為在圓錐掃描波束工作截獲點上的脈沖幅度標準值，Ch為截獲圓錐掃描脈沖的系統(tǒng)幅度穩(wěn)定系數(shù)。

雷達天線扇掃時，雷達對抗裝備偵收到的脈沖幅度為

其中Ts為圓周掃描周期。

2.3 干擾信號模型

雷達對抗裝備不僅能接收雷達信號，同時也能接收雷達干擾裝備發(fā)射的雷達干擾信號，因此，雷達電磁其中Tsf為扇形波束的掃描周期，Ta為扇掃波束到達極限位置的回掃時間間隔，Cj為截獲扇形掃描脈沖的系統(tǒng)幅度穩(wěn)定系數(shù)。

雷達天線圓掃時，雷達對抗裝備偵收到的脈沖幅度為環(huán)境模擬軟件需要構建雷達干擾信號的數(shù)學模型，軟件模擬了3種典型的干擾：射頻噪聲干擾、噪聲調(diào)頻干擾和距離欺騙干擾。

白噪聲經(jīng)帶通濾波、放大得到的有限頻帶噪聲，稱為射頻噪聲，射頻噪聲干擾信號表達形式為

其中包絡函數(shù)Un（t）服從瑞利分布，相位函數(shù)φ（t）服從［0，2π］均勻分布，ωj為載頻。

如果載波的瞬時頻率隨調(diào)制電壓的變化而變化，而振幅保持不變，則這種調(diào)制稱為調(diào)頻。當調(diào)制電壓為噪聲時，則稱其為噪聲調(diào)頻，其信號表達式為

其中kFM為比例系數(shù)，表示單位調(diào)制信號強度所引起的頻率變化。

射頻噪聲和噪聲調(diào)頻均屬于有源壓制性干擾，另一類有源干擾為有源欺騙干擾，應用最為廣泛的是距離欺騙干擾，即利用干擾信號將雷達距離波門拖離目標回撥。其信號表達式為

其中ωc為雷達信號頻率，ωd為模擬目標的多普勒頻率，R（t）為目標與雷達的距離，Δt為距離拖引信號相對于目標的正?；夭ㄐ盘柕难舆t時間。

3 軟件設計

3.1 軟件結構

從軟件系統(tǒng)的結構考慮，把一個龐大的應用程序分成多個模塊，每一個模塊保持一定的功能獨立性，在協(xié)同工作時，通過相互之間的接口來完成實際任務。這些模塊可以單獨開發(fā)、單獨編程和測試。當所有的模塊開發(fā)完成后，組合在一起就得到了完整的應用程序。雷達對抗電磁環(huán)境模擬軟件采用模塊化設計思路，根據(jù)軟件功能需求進行模塊化劃分，軟件結構如圖2所示。

圖2 雷達對抗電磁環(huán)境模擬軟件結構圖

數(shù)據(jù)輸入模塊完成對模型及實例參數(shù)的錄入，將數(shù)據(jù)寫入公用數(shù)據(jù)庫；想定輸入模塊完成雷達部署、運動航跡設置、雷達參數(shù)設置、雷達對抗偵察與干擾裝備設置；電磁環(huán)境導調(diào)模塊對敵我雙方設備參數(shù)進行控制，隨時改變戰(zhàn)場電磁環(huán)境；電磁環(huán)境生成模塊想定生成電磁信號環(huán)境數(shù)據(jù)流，包括雷達信號描述字生成、雷達脈沖描述字數(shù)據(jù)生成、干擾信號描述字生成，并完成電磁信號環(huán)境時間序列合成；生成的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)由電磁環(huán)境顯示模塊完成態(tài)勢顯示，由數(shù)據(jù)分發(fā)模塊完成向相應席位分配電磁環(huán)境數(shù)據(jù)。

3.2 軟件流程

雷達對抗電磁環(huán)境模擬軟件包括多個功能模塊，其中想定輸入和電磁環(huán)境生成是2個重要模塊，由于篇幅有限，僅給出這2個模塊的軟件設計流程。

3.2.1 想定輸入流程（見圖3）

1）若雷達為固定站，需要配置其地理坐標經(jīng)、緯度和高度；若雷達平臺為機載、艦載或車載，需要配置運動航跡、航速、高度等。

2）選擇雷達工作的技術體制，設置雷達信號技術參數(shù)，包括信號幅度PA、脈沖載頻RF、脈沖寬度PW、脈沖重復間隔PRI等。

3）選擇雷達天線掃描樣式，設置天線掃描參數(shù)，如天線掃描速度、扇掃中心、扇掃范圍等。

4）若雷達干擾設備為固定站，需要配置其地理坐標經(jīng)緯度和高度；若雷達干擾設備平臺為機載、艦載或車載，需要配置運動航跡、航速、高度等。

5）選擇雷達干擾樣式，設置干擾參數(shù)，如：干擾功率、干擾頻率、干擾帶寬、拖引距離等。

6）將想定配置數(shù)據(jù)保存到公用數(shù)據(jù)庫，以便想定執(zhí)行時調(diào)用。

3.2.2 電磁環(huán)境生成流程（見圖4）

1）根據(jù)雷達技術體制和參數(shù)，生成雷達脈沖描述字。

2）根據(jù)雷達天線掃描方式，對雷達脈沖序列進行包絡調(diào)制。

3）環(huán)境中配置有源欺騙干擾時，根據(jù)距離欺騙參數(shù)生成干擾PDW；環(huán)境中配置有源壓制干擾時，形成壓制干擾描述字。

4）將生成的多個雷達PDW序列和雷達欺騙干擾PDW序列合并，并根據(jù)TOA排序，完成脈沖序列時序整理。

5）將雷達和雷達干擾設備的發(fā)射功率折算為雷達對抗裝備的接收功率，再由接收功率轉(zhuǎn)換為接收信號幅度。

圖3 想定輸入模塊流程

圖4 電磁環(huán)境生成模塊流程

4 結 語

雷達對抗模擬訓練系統(tǒng)是根據(jù)部隊訓練需求而設計的，通過電子對抗在部隊的實際應用，達到了良好的訓練效果，特別是電磁環(huán)境模擬席的加入，使得訓練更具針對性、復雜性和靈活性，彌補了實裝訓練的不足。

［1］ 王國玉，汪連棟，王國良，等.雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)學仿真與評估［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004.

［2］ 王汝群.戰(zhàn)場電磁環(huán)境［M］.北京：解放軍出版社，2006.

［3］ 高 巖，于 博.復雜電磁環(huán)境特性［J］.四川兵工學報，2008（1）：19-21.

［4］ 蒙 潔.雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)電磁環(huán)境仿真［J］.計算機仿真，2004（12）：21-24.

TN974

A

1008-1542（2011）07-0038-04

2011-06-20；責任編輯:王海云

賀 彬（1973-），男，四川綿陽人，講師，碩士，主要從事雷達對抗信號處理與系統(tǒng)仿真方面的研究。