战场典型应用电磁环境半实物仿真系统研究

阚德鹏，贾翠霞，高 斌

（中国电子科学研究院系统电磁效能测试评估中心，北京 100041）

战场典型应用电磁环境半实物仿真系统研究

阚德鹏，贾翠霞，高 斌

（中国电子科学研究院系统电磁效能测试评估中心，北京 100041）

论述了进行战场典型应用电磁环境仿真的必要性，阐述了半实物电磁环境仿真的关键技术，详细讲解了基于软件无线电的半实物电磁环境仿真系统的组成和仿真流程，并针对战场典型应用电磁环境提出了相关的仿真方法，得出了战场典型电磁环境仿真流程和符合性评估方法。

战场典型应用电磁环境；半实物仿真；软件无线电

复杂电磁环境是信息化战场的重要特征，在未来信息化条件作战中，战场复杂电磁环境将对各类电子信息化武器装备产生严重影响，由于电子信息系统中的雷达探测、通信联络、导航识别等设备的辐射功率越来越大，频谱越来越宽，装备数量成倍增加，工作频率严重交叠，使战场的电磁环境日趋复杂，而电子战系统的广泛应用和各种微波电磁武器的出现，加上雷电、静电等自然电磁源，使有限的战场空间的电磁环境变得更加恶劣。复杂多变的电磁环境不仅会危及电子装备、电爆装置和人员的安全，而且将直接影响到信息化武器系统战术技术性能的发挥，严重地影响到部队的战斗力和战场生存能力，因此必须要合理的模拟战场复杂电磁环境并在此环境中对己方的电子信息设备进行适应性试验，以最大限度的保证其适应复杂战场电磁环境［1］。

战场电磁环境的复杂性主要体现在信号密集、样式复杂、种类多样、动态交迭等几个方面，电磁频谱种类数量的多样性是复杂战场电磁环境最明显的特性，随着战场电磁环境的日益复杂和对电磁环境效应研究的逐步深入，对复杂的战场电磁环境细致模拟的需求也越来越迫切［2］。

1 半实物电磁环境仿真关键技术

复杂电磁环境半实物仿真是基于软件无线电技术来实现多种复杂电磁环境仿真的一种实用技术。软件无线电是一种复杂的数字信号处理系统，其基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电系统的各种功能。它适用于多个频段，可灵活地改变工作模式，能与不同体制和标准的各种设备互通和兼容，其关键的设计思想是：A／D，D／A变换器尽可能地接近天线，用软件来完成尽可能多的无线电硬件的各种功能，如工作频段选取、调制解调、数据格式转换、加密算法的实现、通信协议等，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。

半实物电磁环境仿真的关键技术包括：

1）数字基带信号的产生

复杂电磁环境包括多种调制方式的电磁背景，如AM，FM，DSB，SSB，ASK，FSK，PSK等调制方式均包含在复杂电磁环境之内。为了避免在计算中频信号时带外杂散过大，一般采用基带信号f（t）频带宽度2倍的采样速率对基带信号进行模拟仿真，并对中心载波位于8 MHz带宽边缘的两路基带数字信号进行带限数字低通滤波。对于任何一种调制方式，其基带数字信号d（n）的采样率均为32 KSaps。对于模拟调制，d（n）每2个点变化一次，相当于数据率16 KSaps；对于数字调制，d（n）每32个点变化一次，相当于数据率1 Kbps。

2）数字信号处理

高速数字信号处理是软件无线电的核心，主要完成基带处理、调制解调、比特流处理和编译码等流程。确定数字硬件结构是本系统设计的一个关键步骤。实时的软件无线电硬件可以采用各种数字硬件来实现。DSP与FPGA相结合的结构是目前软件无线电硬件实现的首选。FPGA能够被用作与DSP和通用处理器接口的协处理器，从而提供更高的系统性能和更低的系统成本，可以根据实际系统的需要选择合适的基带处理算法，从而为实现软件无线电算法增加了灵活性。

3）系统软件模块设计

软件无线电的实现受处理速度的限制，需要有效的应用处理软件和操作系统软件的支持，才能充分发挥处理器的性能，更有效地面向高速数字信号处理，分配有限的处理资源。因此本系统针对不同的通信体制的共同点，开发出高效而灵活的实时运行控制软件和应用处理软件，以模拟多种通信模式的电磁背景。

本系统软件模块可抽象为如图1所示的4个子模块。

图1 软件模块结构图

在实时通信子模块中要实现包括数字调制、数据压缩、信道编码、数字滤波、数字同步、定时检测等功能。

在指令传输与控制子模块中要完成信令信号发送和接收，进行协议处理，控制并协调系统中各功能模块的正常工作，控制与外部数据模块的同步，控制信道选择，控制调制方式，控制信道和信源编码方式等功能。

接口处理子模块负责处理DSP与D／A间的数据交换、同步等工作。

模式识别子模块要实现多模式的识别。对各通信模式进行识别后并将结果送给实时处理子模块。

2 半实物仿真系统的组成和仿真流程

半实物电磁环境仿真系统是基于采用软件无线电技术的射频硬件和独立开发的测试系统软件搭建而成的复杂电磁环境仿真激励系统。

半实物电磁环境仿真系统具有辐射式和注入式两种仿真方式。

辐射式半实物电磁环境仿真系统组成如图2所示。

在辐射式半实物电磁环境仿真系统中测控计算机通过GPIB总线对各种信号发生器和复杂电磁环境监测系统进行控制，从而实现半实物电磁环境仿真系统的自动测试。

由各种信号发生器产生的信号经功率放大器后，通过不同的发射天线注入到暗室、混响室或GTEM室等封闭空间内形成既有有用信号，又有有意干扰信号、无意干扰信号和噪声信号的复杂电磁环境。并利用复杂电磁环境监测系统对空间内的电磁频谱进行监测和记录，以评估半实物电磁环境仿真系统生成的复杂电磁环境的合理性。

注入式半实物电磁环境仿真系统组成如图3所示。

与辐射式半实物电磁环境仿真系统相比，注入式半实物电磁环境仿真系统的主要模拟的是信息化装备或系统内部电源线或互连线在处于复杂电磁环境中时的耦合电流。因此这种方式是对复杂电磁环境效应的一种模拟，是复杂电磁环境仿真的一种替代方式。

半实物电磁环境仿真系统仿真流程如图4所示。

半实物电磁环境仿真系统硬件加电和系统软件启动后，首先调入主信号模型和传播模型，仿真出主信号的基带信号，然后根据主信号仿真模型的特点选择调制方式，进行调制，输出主信号的调制信号或直接输出基带信号。

在仿真主信号的同时逐次调入有意干扰信号模型及其传播模型、无意干扰信号和噪声信号仿真模型，产生对应的仿真信号，模拟复杂电磁环境。

图2 辐射式仿真系统组成

图3 注入式仿真系统组成

仿真产生的各种信号组成的复杂电磁环境以注入或辐射的方式加载到被测设备上，完成半实物电磁环境仿真。

图4 半实物仿真流程

3 对战场典型应用电磁环境的仿真

运用半实物电磁环境仿真激励系统可以仿真的战场机典型应用电磁环境，包括：短波通信电磁环境、超短波点频通信电磁环境、超短波跳频通信电磁环境、数据链通信电磁环境、雷达辐射电磁环境、电子对抗应用电磁环境、宽频带干扰电磁环境、多种信号的组合电磁环境等。仿真流程如图5所示。

半实物电磁环境仿真系统通过电磁频谱记录系统记录的战场、演习或联试现场频谱数据建立还原现场电磁环境的初始模型，并录入半实物电磁环境仿真模型库。半实物电磁环境仿真系统调用现场电磁环境初始模型的同时，还可以有选择的加入有意干扰或无意干扰以及宽带噪声等干扰源模型，形成更为复杂和逼近实战状态的电磁环境仿真模型，半实物电磁环境仿真系统仿真出具有一定频谱特征的电磁环境，通过监测系统记录仿真电磁环境的频谱特征数据，并与理想下的模型频谱进行比较，如果频谱特征一致则说明半实物仿真系统有效的模拟了战场典型应用的电磁环境，如果不符合则需修改仿真模型，直到得到符合的频谱特征结果。

图5 战场典型应用电磁环境半实物仿真流程图

4 结 语

随着军事电子技术的不断发展和战场敌我电子对抗强度的不断升级，战场电磁环境必将越来越复杂，对我军电子装备所处的复杂电磁环境的研究也越发迫切。基于软件无线电技术的半实物电磁环境仿真系统利用自身特点可以实现多种战场典型应用电磁环境的模拟，并可最大限度的还原战场电磁环境的原型，对评估军用电子信息系统及设备在复杂电磁环境下的适应性和促进军用电子技术的发展具有极为重要的意义。

［1］ 阚德鹏，贾翠霞.高强度均匀场激励技术应用研究［J］.中国电子科学研究院学报，2008，13（4）：380-383.

［2］ 阚德鹏，贾翠霞.复杂战场电磁环境模拟技术研究［J］.中国电子科学研究院学报，2009，14（6）：598-600.

O441.6

A

1008-1542（2011）07-0207-03

2011-06-20；责任编辑:王士忠

阚德鹏（1981-），男，辽宁锦州人，高级工程师，主要从事系统电磁环境效应、电磁兼容试验技术及混响室等方面的研究。