復雜電磁環境雷達對抗系統仿真試驗

高慧英

(中國艦船研究院，北京 100192)

復雜電磁環境雷達對抗系統仿真試驗

高慧英

(中國艦船研究院，北京 100192)

復雜電磁環境是信息化戰爭的基本特征，利用半實物仿真方法，進行雷達對抗系統對復雜電磁環境的適應性研究成為當前新課題。本文從應用需求分析出發，闡述了仿真試驗系統的組成和功能，研究了仿真試驗應用中關鍵技術的實現途徑，并給出了應用實例，可有效支撐電子裝備復雜電磁環境適應性研究。

復雜電磁環境;雷達對抗;半實物仿真

0 引言

復雜電磁環境是指在一定的戰場空間內，由空域、時域、頻域、能量上分布的數量繁多、樣式復雜、密集重疊、動態交疊的電磁信號構成的電磁環境［1］。復雜電磁環境是信息化戰爭的基本特征，構建復雜電磁環境，進行雷達對抗系統對復雜電磁環境的適應性試驗成為我軍信息化建設的重點［2］。縱觀外軍復雜電磁環境的構建方法，主要有外場實裝法、全數字仿真法和內場半實物仿真法［3－4］。外場實裝方法雖然符合實戰條件，產生的電磁環境真實，試驗數據準確度高，試驗結果直觀可信，但代價昂貴，保密性差，易受環境條件制約。全數字仿真方法以功能仿真為主，主要局限性是難以體現信號的相位特性，更適用于裝備的研制過程。內場仿真方法以模型及算法、計算機技術、信號處理技術、微波技術為基礎，利用計算機控制模擬器，產生典型試驗環境中的真實射頻信號，以注入或輻射的方式進行試驗。因此，內場仿真方法在信號體制的復雜性、生成環境的逼真性、仿真模型的可重用性上具有獨特的優勢，成為當前研究的主流。

現代雷達對抗系統由雷達偵察裝備和雷達干擾裝備組成，利用內場注入式半實物仿真方法，進行雷達對抗系統對復雜電磁環境的適應性試驗，試驗對象為不包括雷達偵察天線和雷達干擾天線在內的雷達對抗系統。本文從試驗應用需求分析出發，闡述了仿真試驗系統的組成和功能，研究了仿真試驗應用中關鍵技術的實現途徑，并給出了應用實例，可有效支撐電子裝備復雜電磁環境適應性研究。

1 仿真試驗應用需求

雷達對抗是一個動態的過程，既表現在對抗雙方雷達對抗裝備平臺之間的相對運動，還表現在裝備之間信號能量在時間或空間上的連續性和間斷性(如裝備的開關及工作模式切換)，以及信號在空間傳播過程中各種地形、氣象環境因素的動態影響。在仿真運行過程中，隨著仿真時鐘的推進，雷達及雷達對抗裝備的運動特性、雷達威脅信號、干擾激勵信號、目標回波/雜波/干擾信號等的發射、平臺運動、空間傳輸、經散射體反射、天線的掃描特性均需得到較全面真實的復現。因此，信號級的動態對抗仿真才能有效地研究雷達對抗系統在復雜電磁環境下的作戰效能。

未來威脅領域的技術進步將對雷達對抗系統的能力提出更高的要求，根據美國陸軍手冊FM101-5:“軍事作戰產生的信息數量巨大。只有通過使用有效的系統來精確快速地轉換和理解信息，才能避免信息超過負荷。”KOVACS將信息環境劃分為3個正交維度［5］:物理維、信息維和認知維，如圖1所示。

圖1 信息化戰爭的維度Fig.1 Dimension of information warfare

雷達對抗系統中的物理維描述了在物理世界中交疊存在的信息環境，主要包括基本裝備、傳輸方式等。信息維是收集、處理、保存、分發、顯示和保護信息的一維，主要包括信息的內容、質量和信息的傳遞。認知維是人類感知、思考并做出決定的一維，主要影響的因素有戰術實施中的情景感知、作戰經驗等。這使我們意識到，雷達對抗系統面臨的復雜電磁環境一方面體現在客觀存在的空域、時域、頻域、能域上信號或信息的復雜性，更關鍵、更具迷惑性的復雜性體現在認知維。因此，復雜電磁環境雷達對抗系統仿真試驗應用研究應主要包括以下6個方面的內容:

1)雷達對抗系統在戰場作戰應用中的動態對抗仿真;

2)實現雷達偵察裝備所面臨的復雜雷達威脅信號環境的仿真;

3)實現干擾裝備的作戰對象(被干擾雷達)面臨的復雜目標特性環境的仿真;

4)實現干擾裝備作戰對象通用雷達模擬器的性能仿真;

5)實現雷達對抗系統偵察天線/干擾天線的性能仿真和干擾信號的仿真;

6)實現雷達對抗系統對復雜電磁環境的適應性及作戰效能評估。

2 仿真試驗系統的組成與功能

基于上述分析，雷達對抗系統內場注入式半實物仿真試驗系統包括:戰場態勢設計系統、主控制系統、綜合顯示系統、雷達威脅信號生成系統、干擾激勵信號生成系統、雷達偵察天線模擬單元、雷達目標特性模擬器、干擾信號幅度調制單元、通用雷達模擬系統、數據錄取系統、試驗評估系統和被試雷達對抗裝備。仿真試驗系統功能結構見圖2。

各系統主要功能如下:

圖2 仿真試驗系統功能結構圖Fig.2 Framework of the simulation system

1)戰場態勢設計系統。戰情態勢設計系統建立作戰環境，規定仿真試驗的初始戰場態勢和態勢動態變化流程，體現認知維的復雜性。

2)主控制系統。主控制系統是全系統的試驗指揮控制中心，用于仿真運行時試驗控制、戰情加載和分解、仿真時鐘同步、各裝備承載平臺航跡實時仿真。

3)綜合顯示系統。以圖形和表格形式實時展現復雜電磁環境中對抗雙方在空域、時域、頻域、能量上的分布。

4)雷達威脅信號生成系統。實時、動態地模擬多方位、多批次、多體制、寬頻段、高精度、高逼真度的雷達信號環境。

5)干擾激勵信號生成系統。對被干擾雷達發射信號進行時延和多普勒頻移調制。

6)雷達偵察天線模擬單元。模擬雷達偵察天線測向體制，對雷達威脅信號和干擾激勵信號進行幅度、相位及時差的調制。

7)雷達目標特性模擬器。實時、動態地模擬被干擾雷達接收到復雜環境中目標回波信號:包括閃爍和起伏特性、幅度、時延和多普勒頻移及雷達天線方向圖的調制。

8)干擾信號幅度調制單元。按照干擾機天線指向、天線方向圖、干擾平臺與雷達的距離、雷達天線掃描、雷達天線方向圖，實時生成到達被干擾雷達的干擾信號強度。

9)通用雷達模擬系統。模擬多種工作體制和技術體制的雷達接收機性能，完成干擾效果仿真試驗。

10)數據錄取系統。完成被試雷達對抗系統和仿真試驗系統的數據錄取，用于事后數據回放及試驗評估。

11)試驗評估系統。完成雷達對抗系統偵察能力和對抗效能評估，包括信號截獲能力、信號分選識別能力和各種干擾樣式的干擾效果。

3 試驗應用關鍵技術實現途徑

1)作戰應用中的動態對抗仿真

為真實再現作戰應用中的動態對抗，在仿真中，根據具體的作戰仿真任務，定義運行過程控制文件，描述對抗雙方電子裝備與運載平臺間的配置組合關系及工作模式的切換。模式切換條件與作戰應用相關聯，并分為3大類。

①時域切換條件:裝備工作模式隨時間的切換情況定義為模式切換表，對抗雙方按預先設置的時域切換表通過仿真時間控制模式切換;

②空域切換條件:裝備工作模式的切換同運載平臺的位置關聯，裝備在一定區域采用一種工作模式，當運動到另一個區域時使用另外一種工作模式。例如:在距被試偵察設備距離較遠時采用低重頻、寬脈沖、掃描方式進行工作;在距離較近時采用高重頻、窄脈寬、跟蹤方式進行工作。

③自適應模式切換:用智能化編程，為每種模式設置一個或若干個觸發條件，讓裝備根據戰情變化，自適應進行模式切換。

運行工作參數表通過裝備型號、參數組號為索引，提供一組運行工作參數塊名代碼及其參數值的工作參數集，按平臺編號、裝備編號和應用序號升序排列。工作參數組號是以裝備型號為單位，包含能滿足該裝備型號合理、正常工作的一組參數的標識代碼，裝備型號和參數組號的組合具有惟一性，并約定參數組號為0時表示該裝備關機，其他參數組號表示該裝備開機正常工作的完整參數集，包含有多個數據塊。

2)復雜雷達威脅信號環境仿真

雷達威脅信號環境是指到達雷達偵察裝備的所有雷達輻射源信號的集合，是由許多雷達輻射的脈沖序列隨機交疊而成的密集的脈沖流。通常采用脈沖描述字［6－7］PDW(Pulse Describe Word)描述射頻脈沖的基本特征，脈沖描述字PDW的組成為:PDW=(TOA，RF、PM、PW，DOA，PA)，其中:TOA 為脈沖到達時間，RF為脈沖載頻，PM為脈內調制，PW為脈沖脈寬，DOA為脈沖到達角，PA為脈沖信號強度。

因此，復雜雷達威脅信號環境實時仿真的重點一是按照預設場景實時仿真解算并輸出脈沖描述字。二是采用基于DDS的直接頻率合成方案，經混頻、濾波、倍頻及放大，生成低相噪、低雜散且具有調頻和調相功能的高信號密度的射頻信號，能模擬常規體制和特殊體制雷達信號，如脈內頻率捷變和相位編碼信號，脈間/脈組頻率捷變、頻率分集，脈沖重復頻率抖動與參差等。

3)雷達偵察天線模擬仿真

逼真地模擬雷達偵察設備的接收天線，是實現內場注入式仿真試驗的關鍵，根據EW設備比幅測向、比相測向和時差測向機理，采用功分器、幅度相位控制器(APC)、功率合成器模擬雷達偵察設備接收天線輸出的雷達信號。

隨著微波器件技術的快速發展，幅度相位控制器可以在較寬的頻率范圍內工作，滿足帶寬要求，但其控制精度隨著頻率、工作環境溫度和濕度發生變化，為降低仿真試驗系統控制精度對被試雷達偵察裝備測向精度的影響，必須在試驗前對系統進行標校，建立頻率－幅度、頻率－相位控制碼表，預先加載到存儲器中，控制碼表按照頻率作一維查找變量，在實時運行時，根據發射脈沖的頻率快速查找出幅度相位控制器的控制碼。這種高速幅相控制技術可滿足復雜雷達威脅信號環境中快速頻率轉換要求，保證射頻仿真系統的幅相控制精度。

4)干擾激勵信號/干擾信號幅度調制仿真

干擾激勵信號模擬干擾信號相對雷達發射信號的時延、多普勒頻移和雷達偵察裝備所接收到的雷達發射信號強度。干擾信號相對雷達發射信號的時延由3部分組成:

其中:τ1為雷達發射信號由雷達傳至雷達偵察裝備的路徑時延;τ2為從干擾引導起到由干擾裝備發射天線輻射出干擾射頻信號的技術時延，由實體干擾裝備生成;τ3為干擾信號由干擾發射天線傳回到雷達接收天線的路徑時延。

在仿真試驗系統中，干擾激勵信號需模擬τ1和τ3。

仿真試驗系統對接收的干擾信號進行幅度調制，主要考慮的因素包括:單程幅度衰減、多路徑效應、雷達接收天線輸出。并控制干擾信號幅度調制單元生成干擾信號，與目標回波信號一起注入通用雷達模擬器。

5)復雜目標特性環境和通用雷達模擬器的性能仿真

雷達對抗系統的作戰效能是通過對被干擾雷達對目標的探測和跟蹤能力體現出來的，因此，在仿真試驗系統中需要進行目標回波環境和雷達性能仿真。由通用雷達模擬器生成雷達低功率發射信號，通過下變頻單元將雷達發射信號轉換為中頻脈沖信號，經由數字射頻存儲器(DRFM)為核心構成的時延和多普勒頻移調制器對中頻脈沖信號樣本進行調制，生成目標回波信號，并模擬目標回波特性，包括雷達截面積、幅度起伏特性、角閃爍特性、JEM譜線調制、雙程衰減及多路徑效應等。

通用雷達模擬器的性能仿真主要包括雷達接收天線掃描仿真、天線方向圖仿真、接收機仿真、信號處理和數據處理仿真。模擬多種工作體制和技術體制的雷達接收機性能。在信號處理和數據處理仿真模型上盡可能采用實際雷達系統的處理算法，以保證性能仿真的逼真性。

6)作戰效能評估

以現代雷達對抗系統所面臨的戰場多維空間復雜電磁環境和多種類對抗平臺的作戰使用為背景，通過研究裝備作戰效能評估理論和方法，建立具有可操作性的裝備性能評估指標體系和評估方法，并利用可視化技術將評估過程及結果直觀呈現出來。

4 應用實例

針對目前已建立仿真試驗系統，簡要說明其在雷達對抗系統復雜環境適應性試驗中的一個應用實例。

在某仿真試驗中，根據作戰應用背景，通用雷達模擬系統仿真1部跟蹤雷達;干擾激勵信號生成系統根據跟蹤雷達的低功率發射信號生成包含時延和多普勒頻移的干擾激勵信號;雷達威脅信號生成系統，產生包含常規脈沖信號、頻率捷變信號、重頻抖動信號、線性調頻信號和編碼信號的不同信號密度條件下的復雜雷達威脅信號環境，通過雷達偵察天線模擬單元將干擾激勵信號和復雜雷達威脅信號注入雷達偵察裝備，經信號識別分選引導干擾裝備實施距離拖引干擾，跟蹤雷達受到干擾后跟蹤假目標，欺騙干擾有效。

圖3給出了通過調制域分析儀觀察到的仿真試驗系統生成的均勻隨機重頻抖動信號。圖4和圖5分別給出了模擬的跟蹤雷達在干擾前/干擾后對目標的跟蹤結果。

圖5 距離后拖干擾后跟蹤雷達目標顯示Fig.5 The tracking radar display by RGPO jam

從圖3～圖5可見，利用內場注入式半實物仿真試驗方法，可實現在不同作戰應用背景和各種仿真參數下，雷達對抗系統對各種體制雷達從偵察到干擾全過程的對抗效果的仿真。

5 結語

本文提出的雷達對抗系統仿真試驗方法，可以評估雷達對抗系統在各種典型戰場對抗環境、典型部署策略及戰術使用方法、多種裝備技術參數條件下的作戰效能，有效支撐電子裝備復雜電磁環境適應性研究和軍事訓練，也為研制新型裝備提供參考和依據，有廣泛的推廣應用價值和重大的軍事經濟效益。

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Simulation and test of radar countermeasures system in complex electromagnetic environment

GAO Hui-ying
(China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

Complex elctromagnetic environment is the basic characteristics of information battlefield.Research on the adaption of radar countermeasures system in the complex elctromagnetic environment has became the new issues by the hardware-in-the-loop simulation.This paper analyzes the requirements of test and describes the simulation system block diagram and major functions，critical technologies to implement simulation system are studied and examples are given，which can effectively support the research on the adaption of electronic information equipment in the complex elctromagnetic environment.

complex electromagnetic environment;radar countermeasures;hardware-in-the-loop simulation

TM15

A

1672－7649(2011)06－0051－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.013

2011－05－06

高慧英(1970－)，女，高級工程師，主要研究方向為雷達、電子戰系統及仿真。