趙順愷，李修和，沈陽，代強偉

（電子工程學(xué)院，合肥 230037）

陸軍基地化訓(xùn)練雷達(dá)干擾威脅環(huán)境構(gòu)設(shè)方法研究

趙順愷，李修和，沈陽，代強偉

（電子工程學(xué)院，合肥 230037）

目的研究陸軍基地化訓(xùn)練中雷達(dá)干擾威脅環(huán)境構(gòu)設(shè)方法，重點研究對地面機動目標(biāo)的威脅環(huán)境構(gòu)設(shè)方法。方法從功率等效和空間等效兩方面著手，運用干擾信號模擬器抵近目標(biāo)目標(biāo)構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾環(huán)境。結(jié)果針對機動目標(biāo)，給出了兩種思路的構(gòu)設(shè)方法，并對其優(yōu)劣進行了比較。結(jié)論通過對構(gòu)設(shè)方法及構(gòu)設(shè)逼真度的研究，明確了實現(xiàn)構(gòu)設(shè)方法的關(guān)鍵在于保證訓(xùn)練場上的裝備數(shù)據(jù)采集和訓(xùn)練場電磁環(huán)境監(jiān)測的實時性和準(zhǔn)確性。

電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)；雷達(dá)干擾；方法研究

信號模擬器是陸軍基地化訓(xùn)練中構(gòu)建戰(zhàn)場電磁 威脅環(huán)境普遍采用的工具。戰(zhàn)場電磁威脅環(huán)境主要有監(jiān)控性威脅環(huán)境、降效性威脅環(huán)境和毀傷性威脅環(huán)境，雷達(dá)干擾環(huán)境是降效性威脅環(huán)境中的一種重要環(huán)境，也是基地化訓(xùn)練中構(gòu)設(shè)戰(zhàn)場電磁環(huán)境工作的重要組成部分。外軍在基地化訓(xùn)練構(gòu)設(shè)戰(zhàn)場電磁環(huán)境過程中，研究了一整套成體系的構(gòu)設(shè)方法，充分利用實裝和模擬器，構(gòu)建高度逼真、動態(tài)的戰(zhàn)場電磁環(huán)境。當(dāng)前，逼真的復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)已成為部隊基地化訓(xùn)練走向?qū)崙?zhàn)化的迫切需求，文中主要針對陸軍基地化訓(xùn)練中的雷達(dá)干擾威脅環(huán)境，從功率等效和空間等效兩方面，研究具體構(gòu)設(shè)方法。

1 構(gòu)設(shè)基本思路

雷達(dá)干擾環(huán)境主要分有源干擾和無源干擾，而電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)主要是針對有源環(huán)境的構(gòu)設(shè)，而雷達(dá)有源干擾主要有壓制性干擾與欺騙式干擾兩類。對這兩類干擾環(huán)境的等效構(gòu)設(shè)，主要是針對其對于被干擾目標(biāo)的干擾效果等效上著手，比如被干擾目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率和跟蹤測量精度的下降程度。根據(jù)雷達(dá)工作效能分析，雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)概率和跟蹤測量精度均與雷達(dá)接收的干信比有關(guān)。因此，在構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾威脅環(huán)境的過程中，做到干信比等效是適合于壓制性干擾和欺騙性干擾兩類干擾方式的。根據(jù)功率等效準(zhǔn)則，采用與實際想定干擾源同等或近似干擾樣式的干擾模擬器，使得被干擾目標(biāo)在接收端針對模擬器和想定干擾源的“干信比”等效，是雷達(dá)干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)過程中的一個普遍的思路。

在構(gòu)設(shè)過程中，為了能夠使得被干擾源能夠感受到與真實作戰(zhàn)環(huán)境盡可能相似的環(huán)境，除了功率等效準(zhǔn)則外，實戰(zhàn)化構(gòu)設(shè)中還需要盡可能做到被干擾目標(biāo)與干擾源在空間位置關(guān)系上的等效。因此，空間等效準(zhǔn)則，也是雷達(dá)干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)過程中的一個重要思路。

根據(jù)功率等效和空間等效兩方面構(gòu)設(shè)實戰(zhàn)化雷達(dá)干擾環(huán)境是構(gòu)設(shè)雷達(dá)威脅環(huán)境中的基本思路。

2 雷達(dá)干擾環(huán)境等效基本原理

模擬器的發(fā)射功率一般要比真實干擾源要小，因此要滿足雷達(dá)接收機受到的干信比等效，就必須根據(jù)模擬器和真實干擾源的發(fā)射功率比，合理規(guī)劃模擬器相對于被干擾目標(biāo)的抵近程度。具體計算方法可以根據(jù)雷達(dá)干擾方程來計算。

假設(shè)干擾信號帶寬覆蓋雷達(dá)接收機的帶寬，根據(jù)干擾方程[4]推算可知，雷達(dá)干擾源實施干擾時的雷達(dá)接收機接收端干信比（JSR）j見式（1）：

干擾模擬器對雷達(dá)接收端的干信比（JSR）m見式（2）：

式中：Pt，Pj，Pm分別為雷達(dá)、實際干擾源、干擾模擬器的發(fā)射功率，W；Δfr，Δfj，Δfm分別為雷達(dá)接收機、干擾源、模擬器的帶寬，Hz；σ為目標(biāo)的有效反射面積，m2；Rt，Rj，Rm分別為雷達(dá)和目標(biāo)之間、雷達(dá)和實際干擾源之間、干擾模擬器和雷達(dá)之間的距離，m；Gt，Gj，Gm分別為雷達(dá)、實際干擾源、干擾模擬器的主瓣增益，倍；Gt（θj）為雷達(dá)天線在干擾源方向上的接收增益；Gt（θm）為雷達(dá)天線在模擬器方向上的接收增益；γj，γm分別為實際干擾源和干擾模擬器的干擾信號對雷達(dá)天線的極化損失，倍；Lt，Lj，Lm分別為雷達(dá)、實際干擾源、干擾模擬器的損耗因子。

雷達(dá)干擾環(huán)境功率等效構(gòu)設(shè)的示意如圖1所示。θm為雷達(dá)天線主瓣方向與模擬器干擾信號方向所成夾角，θj為雷達(dá)天線主瓣方向與干擾源干擾信號方向所成夾角。

圖1 模擬試件結(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of the specimen structure

要實現(xiàn)功率等效，就是干信比等效，必須使得必須滿足（JSR）j=（JSR）m，可根據(jù)式（1）和式（2）得出等效關(guān)系[5]。傳播損耗因子Lj，Lm指的是雷達(dá)電波在傳播途中受到路徑損耗，相對于不同的頻段、不同的傳播路徑、不同的雷達(dá)類型以及不同的大氣狀況，其損耗因子是不同的。自由空間損耗已經(jīng)考慮到雷達(dá)方程中，所以不計入損耗因子中去。在想定中，可對影響實際干擾源損耗因子的參數(shù)進行限定，可以認(rèn)定其為一常數(shù)。同時，在構(gòu)設(shè)規(guī)劃中，通常將模擬器極化方式和帶寬直接等效于實際干擾機。

雷達(dá)干擾環(huán)境功率等效計算方法見式（3），是構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾環(huán)境的基礎(chǔ)。

3 雷達(dá)干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)實現(xiàn)方法

在構(gòu)設(shè)實現(xiàn)過程中，除了滿足功率等效這一基本原則，還有一個重要的方面就是滿足空間等效。由于功率等效采用的主要是距離壓縮法，因此空間等效主要考慮模擬器和目標(biāo)的角度關(guān)系要盡可能與想定干擾源和目標(biāo)的角度關(guān)系一致。

3.1 干擾源對地面固定目標(biāo)的構(gòu)設(shè)

這種情況主要是針對固定干擾站針對固定目標(biāo)實施干擾或是偵察的等效構(gòu)設(shè)，也是最簡單的一種情況。根據(jù)上節(jié)等效原理，能夠確定雷達(dá)干擾模擬器相對目標(biāo)的抵近程度。為了能達(dá)到空間等效，模擬器相對于目標(biāo)點的空間關(guān)系也應(yīng)盡可能與想定條件一致，所以θj與θm盡可能做到一致，因此，構(gòu)設(shè)示意應(yīng)該如圖2所示。式（3）可以簡化為：

圖2 模擬器對固定目標(biāo)點構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾威脅環(huán)境示意Fig.2 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using simulator for fixed target

3.2 干擾源對地面機動目標(biāo)的構(gòu)設(shè)

地面固定干擾源對地面機動目標(biāo)的環(huán)境構(gòu)設(shè)是針對地面固定干擾站針對機動目標(biāo)的電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)。與3.1所述不同的是，目標(biāo)點處于運動狀態(tài)，雷達(dá)干擾源與目標(biāo)的距離和角度關(guān)系處在實時的變化之中，如何對模擬器進行控制是保證逼真構(gòu)設(shè)的關(guān)鍵。針對此類情況的構(gòu)設(shè)相對復(fù)雜，就這種情況提出兩種構(gòu)設(shè)思路。由于目標(biāo)與想定干擾源的距離是實時變化的，因此干擾源針對目標(biāo)的干信比也是實時變化的。要保證等效構(gòu)設(shè)，其中的關(guān)鍵就是保證模擬器相對于目標(biāo)的干信比變化程度和干擾源等效?？梢酝ㄟ^控制模擬器發(fā)射功率來保證功率等效問題。固定模擬器對直線運動目標(biāo)構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾威脅環(huán)境示意如圖3所示。可以看出，θj與θm在構(gòu)設(shè)初始階段，保持一致，但是隨著目標(biāo)點的機動，θj與θm逐漸產(chǎn)生變化。因此構(gòu)設(shè)不能保證干擾機相對接收機的增益相等于模擬器相對于接收機的增益。因此模擬器功率變化控制應(yīng)符合式（5）規(guī)律：

式中：Rm（t）和Rj（t）分別表示模擬器和想定干擾源距目標(biāo)點距離。

圖3 固定模擬器對直線運動目標(biāo)構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾威脅環(huán)境示意Fig.3 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using fixed simulator for linear motion target

要求得Pm隨時間變化調(diào)整的具體值，取決于Rm和Rj的變化情況，以及Gt（θj）和Gt（θm）的變化情況，需要考慮考慮雷達(dá)天線隨著雷達(dá)移動和雷達(dá)天線方向的問題。文獻(xiàn)[4]給出了雷達(dá)接收機相對于干擾源的增益簡化模型，同樣適用于雷達(dá)接收機相對于干擾模擬器：

實際構(gòu)設(shè)中，不同時刻的Rm，Rj，θj，θm可以實時測得。Gt（θj）和Gt（θm）的變化情況可由公式（6）推算。

這種構(gòu)設(shè)實現(xiàn)方法，保證了功率等效，但信號模擬器與目標(biāo)之間的空間關(guān)系相比真實干擾源與目標(biāo)之間的空間關(guān)系產(chǎn)生了偏差。接收機對想定干擾源和信號模擬器接收增益不能簡化，并且可能由于空間位置關(guān)系的變化，干擾模擬器不能起到預(yù)想干擾效果。比如，很可能出現(xiàn)由于目標(biāo)的位移，模擬器和想定干擾源無法同時對目標(biāo)形成干擾的情況。

為了保證目標(biāo)點與構(gòu)設(shè)模擬器和真實干擾源穩(wěn)定的空間位置關(guān)系，信號模擬器需要沿一定的軌跡運行，以保證構(gòu)設(shè)在空間關(guān)系上的等效。為簡化分析，還是以目標(biāo)沿直線運動來分析?？臻g位置關(guān)系如圖4所示。目標(biāo)點自點t0時刻起，由C點出發(fā)至E。根據(jù)功率等效關(guān)系，推算出信號模擬器初始位置在點B。由等效公式（4）可知，Rm與Rj成線性比例關(guān)系，因此信號模擬器沿目標(biāo)點平行線同時往方向D點處運行，可以同時保證目標(biāo)點與信號模擬器角度關(guān)系與想定輻射源的角度關(guān)系保持一致和功率等效。假設(shè)目標(biāo)點運行速度為Vj（t），相對于想定輻射源角度度為θ（t），則信號模擬器運行速度Vm應(yīng)滿足如式（7）：

式中：LAB是A與B之間的距離；LAC是A與C之間的距離。

圖4 機動模擬器對直線運動目標(biāo)構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾威脅環(huán)境示意Fig.4 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using maneuver simulator for linear motion target

通常情況，目標(biāo)點是做不規(guī)則曲線運動，如圖5所示。這時，在滿足功率等效原理的前提下，可以確定信號模擬器的初始位置B。欲保證模擬器相對于運動目標(biāo)點和想定干擾源相對于運動目標(biāo)點的幾何關(guān)系一致，就需要使模擬器與目標(biāo)點相對于想定干擾源地面機動的角速度相等。同時保證式模擬器與目標(biāo)點之間的距離滿足式（8）。這樣既可以滿足空間關(guān)系等效要求，又滿足了基本的功率等效原理。

比較兩種構(gòu)設(shè)思路可以看出，前者只是通過調(diào)整信號模擬器的發(fā)射功率進行功率等效。由于信號模擬器和目標(biāo)點的空間位置關(guān)系與干擾源與目標(biāo)點的空間位置關(guān)系的差異性，模擬器發(fā)射功率的調(diào)整應(yīng)考慮到發(fā)射接收增益的實時變化。實際上，前者并沒有做到空間位置關(guān)系等效這一點。后者同時兼顧了空間位置關(guān)系等效和功率等效，做到了比較好的等效構(gòu)設(shè)。由于模擬器路徑規(guī)劃和實時控制需要根據(jù)目標(biāo)點的移動而實時控制，不確定性很大，因此不僅要精確了解目標(biāo)的運動狀態(tài)，還需要對模擬器的運動軌跡進行精確控制，實現(xiàn)難度相對前者更大，實現(xiàn)成本也更高。因此在實際構(gòu)設(shè)過程中，還需要針對具體的需求、具體的想定，確定具體構(gòu)設(shè)方案。

圖5 機動模擬器模擬干擾源對運動目標(biāo)點的構(gòu)設(shè)空間示意Fig.5 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using maneuver simulator for maneuver target

4 逼真度評估

為保證構(gòu)設(shè)活動能做到最大限度的等效，就必須要對構(gòu)設(shè)活動進行評估，而評估的重點應(yīng)該放在構(gòu)設(shè)環(huán)境的逼真度上。逼真度評估應(yīng)貫穿構(gòu)設(shè)全過程，從構(gòu)設(shè)方案階段開始，一直到構(gòu)設(shè)完成。

根據(jù)構(gòu)設(shè)逼真度評估特點，建立三級逼真度評估體系：裝備性能逼真度評估、構(gòu)設(shè)過程逼真度評估，以及綜合逼真度評估。

裝備性能逼真度評估，是在一些固有性能指標(biāo)上，對模擬器和模擬對象進行相似性分析，篩選出最優(yōu)模擬器。構(gòu)設(shè)過程逼真度評估，是在構(gòu)設(shè)過程中，比對構(gòu)設(shè)環(huán)境和想定環(huán)境之間的過程逼真度，用以實時控制模擬器運行狀態(tài)。綜合逼真度評估有兩個目的，一是在構(gòu)設(shè)規(guī)劃過程中，通過對構(gòu)設(shè)方案和想定方案的仿真推演，評估方案的逼真程度；二是在構(gòu)設(shè)結(jié)束時，評估本次構(gòu)設(shè)活動的逼真程度。通過三級逼真度評估，保證構(gòu)設(shè)活動能夠達(dá)到最大程度等效。三級逼真度評估體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 逼真度評估體系結(jié)構(gòu)Fig.6 Architecture of the fidelity evaluation system

5 結(jié)語

文中針對陸軍基地化訓(xùn)練中雷達(dá)干擾威脅環(huán)境構(gòu)設(shè)方法做了一定的研究，重點針對地面移動目標(biāo)的干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)提出了兩種思路的構(gòu)設(shè)方法，并針對兩種思路進行了分析比較，探究其各自優(yōu)劣，并初步建立構(gòu)設(shè)環(huán)境逼真度評估體系。該方法為今后基地化訓(xùn)練中構(gòu)設(shè)雷達(dá)干擾威脅環(huán)境提供一定的方法指導(dǎo)。針對機動目標(biāo)提出的兩種構(gòu)設(shè)方法，均需要實時、精確地掌控被干擾目標(biāo)的路徑數(shù)據(jù)、運動狀態(tài)。針對逼真度評估問題，今后應(yīng)該重點在信號模擬器和參訓(xùn)裝備的數(shù)據(jù)采集和訓(xùn)練電磁環(huán)境監(jiān)測上作進一步的研究，運用多種手段獲取實時、準(zhǔn)確的電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)要素信息，為調(diào)控模擬器工作狀態(tài)和構(gòu)設(shè)逼真度評估提供依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

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Research on the Methods of Constructing Radar Jamming Threatened Environment for Army in the Training Base

ZHAO Shun-kai，LI Xiu-he，SHEN Yang，DAI Qiang-wei
（Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China）

ObjectiveTo study the methods of constructing radar jamming threatened environment for army in the training base,with the emphasis in studying the methods of constructing the threatened environment to ground maneuver targets.MethodsFrom the aspects of power equivalent and the space equivalent,the radar jamming environment was constructed by approaching the signal simulators to the target.ResultsFor the maneuver target，two construction methods were proposed，and their advantages and disadvantages were comparatively discussed.ConclusionThrough the research on the methods and fidelity of construction，we concluded that the key to realizing the methods was to ensure the real-time performance and accuracy of both the equipment data acquisition and the monitoring of electromagnetic environment in the training ground.

electromagnetic environment construction；radar jamming；method study

2015-01-30；

2015-03-20

國防預(yù)研重點基金項目（9140A33020112JB39085）

Fund：Supported by the National Defense Pre-research Key Fund Program(9140A33020112JB39085)

趙順愷（1987—），男，浙江金華人，碩士研究生，主要研究方向為武器裝備電磁環(huán)境適應(yīng)性檢驗。

Biography：ZHAO Shun-kai（1987—），Male，from Jinhua，Zhejiang，Master graduate student，Research focus：electromagnetic environment adaptability of weapon equipment test.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.016

TJ01；TN974

A

1672－9242（2015）02－0075-06

2015-01-30；

2015-03-20