雷达对抗电磁环境建模与模拟软件设计

2011-12-26韩英永沈爱国

河北科技大学学报 2011年1期

关键词：模拟训练干扰信号电磁

贺彬，韩英永，崔瑞，沈爱国

（1.电子工程学院电子对抗系，安徽合肥 230037；2.安徽省电子制约技术重点实验室，安徽合肥230037）

雷达对抗电磁环境建模与模拟软件设计

贺彬1，2，韩英永1，2，崔瑞1，2，沈爱国1，2

（1.电子工程学院电子对抗系，安徽合肥 230037；2.安徽省电子制约技术重点实验室，安徽合肥230037）

模拟训练是提高部队训练水平的重要手段，雷达对抗电磁环境模拟软件是雷达对抗模拟训练系统的重要组成部分。介绍了雷达对抗模拟训练系统的组成，探讨了构建雷达对抗电磁环境所涉及的相关数学模型，包括雷达信号模型、雷达天线扫描模型和有源干扰信号模型，研究了雷达电磁环境模拟软件重要模块的工作流程。

雷达对抗；电磁环境；建模；模拟

随着雷达对抗技术的飞速发展，新型雷达对抗装备不断投入部队使用。新型装备的操作训练是装备战斗力形成的重要环节。实装训练存在装备数量少、装备损耗大、缺少复杂电磁环境等问题。模拟训练以其经济、可控、无风险以及训练的高效率等独特优势，在雷达对抗装备训练中得到了广泛应用。对于雷达对抗装备模拟训练，能否构建接近战场条件的雷达对抗电磁信号环境是系统设计成败的关键。雷达对抗电磁环境模拟软件模拟复杂、密集、多变的雷达对抗信号环境，以训练操作员信号侦测、目标识别和战术运用的能力［1－4］。

1 系统组成

雷达对抗装备模拟训练系统实现对雷达对抗装备及雷达对抗电磁环境的仿真模拟。系统由1台网络打印机、1台数据库服务器、5台计算机和网络设备组成，如图1所示。5台计算机安装相应软件完成电磁环境及装备的模拟功能。

图1 雷达对抗装备模拟训练系统组成示意图

天线模拟席、接收机模拟席、干扰控制模拟席和指挥控制模拟席4个席位完成对一套雷达对抗装备的模拟，其席位功能与界面操作和实装对应分机一致。

电磁环境模拟席模拟产生系统所需的战场态势和电磁信号环境，在电子地图背景完成对训练想定预案的制作、导入和导调，对公用数据库进行管理，预案形成的电磁环境数据实时可靠地分发到模拟系统的各个席位。

2 仿真建模

雷达对抗电磁环境模拟软件设计的基础是雷达对抗电磁环境数学模型的建立，由于构建的电磁环境是用于雷达对抗装备模拟训练系统的，因此，只考虑雷达对抗装备所能感知的信号环境。根据需求，模拟软件需要建立雷达信号、雷达天线扫描和干扰信号3种类型的数学模型。

2.1 雷达信号模型

雷达信号按技术体制可分为常规脉冲、频率捷变、频率分集、重频抖动、重频跳变、脉冲压缩、脉冲多普勒等，雷达电磁环境模拟软件根据技术体制建立了完备的雷达信号模型。本文分析几种常见的复杂体制雷达信号的数学模型。

1）频率捷变雷达信号的一般表达式为

其中A（t）为信号包络，fn为第n个（或组）脉冲的频率。

2）频率分集雷达信号的一般表达式为

其中m为频率分集数，ti为第i个子信号的发射延时时间，fi为第i个子信号的载频。

3）线性调频雷达信号的一般表达式为

其中k＝B／T为调频斜率，B为调频带宽，T为脉冲宽度。

4）相位编码雷达信号的一般表达式为

其中φ（t）为相位调制函数，若φ（t）取0，π值，则为二相编码信号，若φ（t）取2个以上值时，则称为多相码，如四相、八相编码。

2.2 雷达天线扫描模型

为了简化设计，以辛格函数和高斯函数作为雷达天线方向图形状的代表。辛格函数天线方向图模型为，其中为零功率波束宽度。高斯函数天线方向图模型为其中θ0.5为半功率波束宽度，G0为天线增益。

雷达天线锥扫时，雷达对抗装备侦收到的脉冲幅度为

其中F（θh）为被侦收圆锥扫描波束的水平波束增益函数值，Tsb为截获点处波束运动产生的水平波束重复周期，A0为在圆锥扫描波束工作截获点上的脉冲幅度标准值，Ch为截获圆锥扫描脉冲的系统幅度稳定系数。

雷达天线扇扫时，雷达对抗装备侦收到的脉冲幅度为

其中Ts为圆周扫描周期。

2.3 干扰信号模型

雷达对抗装备不仅能接收雷达信号，同时也能接收雷达干扰装备发射的雷达干扰信号，因此，雷达电磁其中Tsf为扇形波束的扫描周期，Ta为扇扫波束到达极限位置的回扫时间间隔，Cj为截获扇形扫描脉冲的系统幅度稳定系数。

雷达天线圆扫时，雷达对抗装备侦收到的脉冲幅度为环境模拟软件需要构建雷达干扰信号的数学模型，软件模拟了3种典型的干扰：射频噪声干扰、噪声调频干扰和距离欺骗干扰。

白噪声经带通滤波、放大得到的有限频带噪声，称为射频噪声，射频噪声干扰信号表达形式为

其中包络函数Un（t）服从瑞利分布，相位函数φ（t）服从［0，2π］均匀分布，ωj为载频。

如果载波的瞬时频率随调制电压的变化而变化，而振幅保持不变，则这种调制称为调频。当调制电压为噪声时，则称其为噪声调频，其信号表达式为

其中kFM为比例系数，表示单位调制信号强度所引起的频率变化。

射频噪声和噪声调频均属于有源压制性干扰，另一类有源干扰为有源欺骗干扰，应用最为广泛的是距离欺骗干扰，即利用干扰信号将雷达距离波门拖离目标回拨。其信号表达式为

其中ωc为雷达信号频率，ωd为模拟目标的多普勒频率，R（t）为目标与雷达的距离，Δt为距离拖引信号相对于目标的正常回波信号的延迟时间。

3 软件设计

3.1 软件结构

从软件系统的结构考虑，把一个庞大的应用程序分成多个模块，每一个模块保持一定的功能独立性，在协同工作时，通过相互之间的接口来完成实际任务。这些模块可以单独开发、单独编程和测试。当所有的模块开发完成后，组合在一起就得到了完整的应用程序。雷达对抗电磁环境模拟软件采用模块化设计思路，根据软件功能需求进行模块化划分，软件结构如图2所示。

图2 雷达对抗电磁环境模拟软件结构图

数据输入模块完成对模型及实例参数的录入，将数据写入公用数据库；想定输入模块完成雷达部署、运动航迹设置、雷达参数设置、雷达对抗侦察与干扰装备设置；电磁环境导调模块对敌我双方设备参数进行控制，随时改变战场电磁环境；电磁环境生成模块想定生成电磁信号环境数据流，包括雷达信号描述字生成、雷达脉冲描述字数据生成、干扰信号描述字生成，并完成电磁信号环境时间序列合成；生成的电磁环境数据由电磁环境显示模块完成态势显示，由数据分发模块完成向相应席位分配电磁环境数据。