闞德鵬，賈翠霞，高 斌

（中國電子科學研究院系統(tǒng)電磁效能測試評估中心，北京 100041）

戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境半實物仿真系統(tǒng)研究

闞德鵬，賈翠霞，高 斌

（中國電子科學研究院系統(tǒng)電磁效能測試評估中心，北京 100041）

論述了進行戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境仿真的必要性，闡述了半實物電磁環(huán)境仿真的關鍵技術，詳細講解了基于軟件無線電的半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)的組成和仿真流程，并針對戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境提出了相關的仿真方法，得出了戰(zhàn)場典型電磁環(huán)境仿真流程和符合性評估方法。

戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境；半實物仿真；軟件無線電

復雜電磁環(huán)境是信息化戰(zhàn)場的重要特征，在未來信息化條件作戰(zhàn)中，戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境將對各類電子信息化武器裝備產(chǎn)生嚴重影響，由于電子信息系統(tǒng)中的雷達探測、通信聯(lián)絡、導航識別等設備的輻射功率越來越大，頻譜越來越寬，裝備數(shù)量成倍增加，工作頻率嚴重交疊，使戰(zhàn)場的電磁環(huán)境日趨復雜，而電子戰(zhàn)系統(tǒng)的廣泛應用和各種微波電磁武器的出現(xiàn)，加上雷電、靜電等自然電磁源，使有限的戰(zhàn)場空間的電磁環(huán)境變得更加惡劣。復雜多變的電磁環(huán)境不僅會危及電子裝備、電爆裝置和人員的安全，而且將直接影響到信息化武器系統(tǒng)戰(zhàn)術技術性能的發(fā)揮，嚴重地影響到部隊的戰(zhàn)斗力和戰(zhàn)場生存能力，因此必須要合理的模擬戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境并在此環(huán)境中對己方的電子信息設備進行適應性試驗，以最大限度的保證其適應復雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境［1］。

戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復雜性主要體現(xiàn)在信號密集、樣式復雜、種類多樣、動態(tài)交迭等幾個方面，電磁頻譜種類數(shù)量的多樣性是復雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境最明顯的特性，隨著戰(zhàn)場電磁環(huán)境的日益復雜和對電磁環(huán)境效應研究的逐步深入，對復雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境細致模擬的需求也越來越迫切［2］。

1 半實物電磁環(huán)境仿真關鍵技術

復雜電磁環(huán)境半實物仿真是基于軟件無線電技術來實現(xiàn)多種復雜電磁環(huán)境仿真的一種實用技術。軟件無線電是一種復雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，其基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電系統(tǒng)的各種功能。它適用于多個頻段，可靈活地改變工作模式，能與不同體制和標準的各種設備互通和兼容，其關鍵的設計思想是：A／D，D／A變換器盡可能地接近天線，用軟件來完成盡可能多的無線電硬件的各種功能，如工作頻段選取、調制解調、數(shù)據(jù)格式轉換、加密算法的實現(xiàn)、通信協(xié)議等，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。

半實物電磁環(huán)境仿真的關鍵技術包括：

1）數(shù)字基帶信號的產(chǎn)生

復雜電磁環(huán)境包括多種調制方式的電磁背景，如AM，F(xiàn)M，DSB，SSB，ASK，F(xiàn)SK，PSK等調制方式均包含在復雜電磁環(huán)境之內。為了避免在計算中頻信號時帶外雜散過大，一般采用基帶信號f（t）頻帶寬度2倍的采樣速率對基帶信號進行模擬仿真，并對中心載波位于8 MHz帶寬邊緣的兩路基帶數(shù)字信號進行帶限數(shù)字低通濾波。對于任何一種調制方式，其基帶數(shù)字信號d（n）的采樣率均為32 KSaps。對于模擬調制，d（n）每2個點變化一次，相當于數(shù)據(jù)率16 KSaps；對于數(shù)字調制，d（n）每32個點變化一次，相當于數(shù)據(jù)率1 Kbps。

2）數(shù)字信號處理

高速數(shù)字信號處理是軟件無線電的核心，主要完成基帶處理、調制解調、比特流處理和編譯碼等流程。確定數(shù)字硬件結構是本系統(tǒng)設計的一個關鍵步驟。實時的軟件無線電硬件可以采用各種數(shù)字硬件來實現(xiàn)。DSP與FPGA相結合的結構是目前軟件無線電硬件實現(xiàn)的首選。FPGA能夠被用作與DSP和通用處理器接口的協(xié)處理器，從而提供更高的系統(tǒng)性能和更低的系統(tǒng)成本，可以根據(jù)實際系統(tǒng)的需要選擇合適的基帶處理算法，從而為實現(xiàn)軟件無線電算法增加了靈活性。

3）系統(tǒng)軟件模塊設計

軟件無線電的實現(xiàn)受處理速度的限制，需要有效的應用處理軟件和操作系統(tǒng)軟件的支持，才能充分發(fā)揮處理器的性能，更有效地面向高速數(shù)字信號處理，分配有限的處理資源。因此本系統(tǒng)針對不同的通信體制的共同點，開發(fā)出高效而靈活的實時運行控制軟件和應用處理軟件，以模擬多種通信模式的電磁背景。

本系統(tǒng)軟件模塊可抽象為如圖1所示的4個子模塊。

圖1 軟件模塊結構圖

在實時通信子模塊中要實現(xiàn)包括數(shù)字調制、數(shù)據(jù)壓縮、信道編碼、數(shù)字濾波、數(shù)字同步、定時檢測等功能。

在指令傳輸與控制子模塊中要完成信令信號發(fā)送和接收，進行協(xié)議處理，控制并協(xié)調系統(tǒng)中各功能模塊的正常工作，控制與外部數(shù)據(jù)模塊的同步，控制信道選擇，控制調制方式，控制信道和信源編碼方式等功能。

接口處理子模塊負責處理DSP與D／A間的數(shù)據(jù)交換、同步等工作。

模式識別子模塊要實現(xiàn)多模式的識別。對各通信模式進行識別后并將結果送給實時處理子模塊。

2 半實物仿真系統(tǒng)的組成和仿真流程

半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)是基于采用軟件無線電技術的射頻硬件和獨立開發(fā)的測試系統(tǒng)軟件搭建而成的復雜電磁環(huán)境仿真激勵系統(tǒng)。

半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)具有輻射式和注入式兩種仿真方式。

輻射式半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)組成如圖2所示。

在輻射式半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)中測控計算機通過GPIB總線對各種信號發(fā)生器和復雜電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進行控制，從而實現(xiàn)半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)的自動測試。

由各種信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號經(jīng)功率放大器后，通過不同的發(fā)射天線注入到暗室、混響室或GTEM室等封閉空間內形成既有有用信號，又有有意干擾信號、無意干擾信號和噪聲信號的復雜電磁環(huán)境。并利用復雜電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對空間內的電磁頻譜進行監(jiān)測和記錄，以評估半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)生成的復雜電磁環(huán)境的合理性。

注入式半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)組成如圖3所示。

與輻射式半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)相比，注入式半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)的主要模擬的是信息化裝備或系統(tǒng)內部電源線或互連線在處于復雜電磁環(huán)境中時的耦合電流。因此這種方式是對復雜電磁環(huán)境效應的一種模擬，是復雜電磁環(huán)境仿真的一種替代方式。

半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)仿真流程如圖4所示。

半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)硬件加電和系統(tǒng)軟件啟動后，首先調入主信號模型和傳播模型，仿真出主信號的基帶信號，然后根據(jù)主信號仿真模型的特點選擇調制方式，進行調制，輸出主信號的調制信號或直接輸出基帶信號。

在仿真主信號的同時逐次調入有意干擾信號模型及其傳播模型、無意干擾信號和噪聲信號仿真模型，產(chǎn)生對應的仿真信號，模擬復雜電磁環(huán)境。

圖2 輻射式仿真系統(tǒng)組成

圖3 注入式仿真系統(tǒng)組成

仿真產(chǎn)生的各種信號組成的復雜電磁環(huán)境以注入或輻射的方式加載到被測設備上，完成半實物電磁環(huán)境仿真。

圖4 半實物仿真流程

3 對戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境的仿真

運用半實物電磁環(huán)境仿真激勵系統(tǒng)可以仿真的戰(zhàn)場機典型應用電磁環(huán)境，包括：短波通信電磁環(huán)境、超短波點頻通信電磁環(huán)境、超短波跳頻通信電磁環(huán)境、數(shù)據(jù)鏈通信電磁環(huán)境、雷達輻射電磁環(huán)境、電子對抗應用電磁環(huán)境、寬頻帶干擾電磁環(huán)境、多種信號的組合電磁環(huán)境等。仿真流程如圖5所示。

半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)通過電磁頻譜記錄系統(tǒng)記錄的戰(zhàn)場、演習或聯(lián)試現(xiàn)場頻譜數(shù)據(jù)建立還原現(xiàn)場電磁環(huán)境的初始模型，并錄入半實物電磁環(huán)境仿真模型庫。半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)調用現(xiàn)場電磁環(huán)境初始模型的同時，還可以有選擇的加入有意干擾或無意干擾以及寬帶噪聲等干擾源模型，形成更為復雜和逼近實戰(zhàn)狀態(tài)的電磁環(huán)境仿真模型，半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)仿真出具有一定頻譜特征的電磁環(huán)境，通過監(jiān)測系統(tǒng)記錄仿真電磁環(huán)境的頻譜特征數(shù)據(jù)，并與理想下的模型頻譜進行比較，如果頻譜特征一致則說明半實物仿真系統(tǒng)有效的模擬了戰(zhàn)場典型應用的電磁環(huán)境，如果不符合則需修改仿真模型，直到得到符合的頻譜特征結果。

圖5 戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境半實物仿真流程圖

4 結 語

隨著軍事電子技術的不斷發(fā)展和戰(zhàn)場敵我電子對抗強度的不斷升級，戰(zhàn)場電磁環(huán)境必將越來越復雜，對我軍電子裝備所處的復雜電磁環(huán)境的研究也越發(fā)迫切。基于軟件無線電技術的半實物電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)利用自身特點可以實現(xiàn)多種戰(zhàn)場典型應用電磁環(huán)境的模擬，并可最大限度的還原戰(zhàn)場電磁環(huán)境的原型，對評估軍用電子信息系統(tǒng)及設備在復雜電磁環(huán)境下的適應性和促進軍用電子技術的發(fā)展具有極為重要的意義。

［1］ 闞德鵬，賈翠霞.高強度均勻場激勵技術應用研究［J］.中國電子科學研究院學報，2008，13（4）：380-383.

［2］ 闞德鵬，賈翠霞.復雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境模擬技術研究［J］.中國電子科學研究院學報，2009，14（6）：598-600.

O441.6

A

1008-1542（2011）07-0207-03

2011-06-20；責任編輯:王士忠

闞德鵬（1981-），男，遼寧錦州人，高級工程師，主要從事系統(tǒng)電磁環(huán)境效應、電磁兼容試驗技術及混響室等方面的研究。