基于计算机网络结构的复杂电磁环境下雷达兵模拟训练系统

2013-06-08吴桂生舒亚海

雷达与对抗 2013年2期

吴桂生，舒亚海

(1.海军军训器材研究所，北京 102308;2.海军驻江南造船集团有限责任公司军事代表室，上海 201913)

0 引言

复杂电磁环境是信息化战场的重要特征，是信息化条件下交战双方新的博弈空间，对战争进程和结局具有重要的、甚至是决定性的影响［1］。复杂电磁环境训练条件下雷达兵的训练对于雷达兵作战能力提高具有重要意义。通常，雷达兵进行复杂电磁环境条件下的训练实施方法包括实装模拟、半实物模拟和计算机模拟仿真。计算机模拟仿真是在科学分析部队实装的基础上，按照实战模式在计算机软件环境中配置影响雷达装备训练活动的各类电磁辐射设备，构成一个立体、全方位的“虚拟战场”。利用计算机仿真技术构建雷达装备训练复杂环境的一个突出特点，就是可以将虚拟装备置于虚拟电磁环境中，达到“实验”战争和“重复”战争的目的。另外，利用网络分布式交互仿真技术，还可将分散于不同地点的电磁环境模拟系统连接起来，构建一体化复杂电磁环境，使有限、分散的训练资源联为一个整体，进行协同训练。

计算机仿真模拟是一种能够达到很好效果和非常经济的一种方法，具有以下优势:

(1）可模拟战场实际，具有客观性。构建时贴近战场实际，真实而客观地反映复杂电磁环境下实施雷达装备面对的战场电磁态势。

(2）可以作战为牵引，具有针对性。在不同的作战对象、时空、任务、行动和战法下，雷达装备面临的电磁环境会表现出不同的变化和特征。由此，要想提高训练效果，必须要以作战为牵引，构建有针对性的复杂电磁环境。

(3）能适应战场变化需要，具有灵活性。构建雷达装备训练复杂电磁环境，能适应战场变化需要，体现出灵活性。要能够根据不同阶段、不同类型训练的需求，灵活控制和调整所模拟电磁环境辐射信号的频率、功率、方向、信号样式等参数。

(4）保密防护，具有安全性。计算机模拟仿真不需真实发射电磁信号，对敌完全屏蔽，具有很强的安全性。

1 系统结构设计

复杂电磁环境条件下雷达兵网络化训练模拟系统如图1所示。

系统基于计算机网络构成，包括教员机、学员机及服务器。服务器提供训练系统所需的仿真模型数据、训练数据、应用等的管理服务功能，是由模型、一系列数据服务和应用服务构成的。教员机通过设置和产生各种雷达干扰信号通，并经过网络发送到各台学员机。学员机(雷达兵席位）模拟雷达显控终端，把雷达模拟回波和干扰进行叠加显示，以模拟仿真实装雷达在受到干扰时的情况，操作员可以根据不同的干扰类型上进行相应的雷达抗干扰训练。

图1 网络化训练系统组成

图2所示为训练系统原理图。

为了减少网上传输数据量，干扰、杂波实时计算单元设在学员机。学员机根据教员机提供的干扰想定，提取服务器中干扰模型，计算出干扰和噪声，并与正常地物和目标回波合成输出至显示器供雷达兵进行干扰判别。雷达兵可进行实时抗干扰操作。雷达兵操作过程记录后作为训练效果评判的依据。

干扰通常来自干扰平台，如机载或舰载，在教员机上需要想定干扰平台的运动参数和干扰样式、强度。

图2 训练系统原理图

2 雷达回波、干扰和杂波的模拟设计

复杂电磁环境模拟是本系统的关键。在分析复杂电磁环境特点的基础上，利用复杂电磁环境仿真涉及的主要数学模型，包括目标回波信号仿真模型、干扰信号功率模型和环境杂波模型等进行干扰数据的仿真生成。

(1）目标回波信号仿真

目标回波信号仿真中根据模拟目标的数量和雷达方程，实时计算每一个目标到达雷达接收机端的回波功率，根据每一个目标与雷达的距离和速度计算目标回波所需的延迟时间和多普勒频率。模拟的雷达目标回波信号应反映真实环境下雷达目标回波的各种特性，包括目标的频率、相位、多普勒频移、幅度、距离延迟等。仿真时采用的数学模型是Swerling 模型。

(2）干扰信号仿真

有源干扰中以干扰方式区分通常包括遮盖性干扰和欺骗性干扰。遮盖性干扰是降低敌接收机输出信号的质量。可以采用噪声调幅、噪声调频以及噪声调幅调频等方式，由于调幅噪声可以充满整个接收机带宽，降低输出信噪比，干扰机通常采用噪声调幅的方式。遮盖性干扰包括阻塞式干扰、瞄准式干扰、扫频式干扰等方式，大量应用在通信干扰和远距离雷达干扰等方面。欺骗性干扰是通过距离拖引、角度拖引等方式，破坏雷达对目标的锁定跟踪，使雷达处理单元将目标误判在其他的位置上;欺骗干扰通常适用于自卫干扰，包括距离波门拖引干扰、速度波门拖引干扰、自动增益控制干扰、组合干扰、交叉极化干扰等多种模式。干扰信号仿真中，根据干扰方程实时计算每一个干扰信号到达雷达接收机端的功率;根据干扰机平台与雷达的距离和相对速度，考虑到实际干扰机所需的延迟，计算模拟的干扰信号。

(3）环境杂波仿真

杂波信号是电磁环境仿真中必不可少的环节。由于目标信号混杂了大量的杂波信号而难以检测目标，又是雷达千方百计想要滤除的信号。通常杂波信号分为面杂波和体杂波，地杂波和海杂波一般视为面杂波，雨、雪、雹以及箔条一般视为体杂波。根据雷达天线方向图，雷达与地面(海面）的距离与视角，实时计算雷达天线波束照射范围，在照射区内看成由许多小单元组成，每一单元的回波强度和多普勒频率计算方法同目标回波产生法一样，把所有小单元进行矢量叠加，便可得到雷达环境杂波信号。环境杂波仿真包括面杂波仿真和体杂波仿真。面杂波的模拟方法，首先是在地面或海面上建立起一个杂波单元，并且给该单元分配一个散射体，用该散射体的雷达截面积来描述该杂波单元总的雷达截面积，然后确定出该散射体的距离及多普勒频率，并且将雷达截面积映象到雷达空间。体杂波的仿真方法与面杂波的仿真方法类似，只是雷达截面积处理方法不同而已。

需要说明的是，常规杂波的数学模型［2］与真实杂波相比虽然具有较好的分布特性，但其显示特征与实装雷达相比逼真度不是很好。杂波的模拟采用实采数据进行简单处理后往往能达到良好的显示模拟逼真度。

3 训练软件设计与系统实现

复杂电磁环境条件下雷达兵网络化训练系统用于为雷达模拟显控终端提供复杂电磁干扰环境，雷达兵可在模拟终端上进行干扰辨识和抗干扰操作。软件设计包括服务器软件、教员机软件、学员机软件。教员机具有新建、打开、修改、删除、保存各种干扰参数想定文件以及向雷达显控终端学员机发送选定的干扰参数想定等功能。它运行于局域网络环境中，在与雷达显控终端学员机配合使用的情况下，可以为受训人员提供雷达各种干扰处置的仿真操作训练。

按照雷达经常遭遇的干扰类型，训练模块设计了各种类型干扰参数想定。可以设置的各种干扰参数包括宽带阻塞式干扰、窄带瞄准式干扰、有源假目标干扰、同频异步干扰、窄带噪声干扰、扫频噪声干扰、杂乱脉冲干扰、宽带阻塞+假目标干扰、窄带噪声+假目标干扰、箔条干扰、调制有源假目标干扰、宽带阻塞+调制假目标干扰、窄带噪声+调制假目标干扰、海杂波以及云雨杂波干扰。

在进行训练之前，教员可以在教员机上首先设置当次训练的干扰类型及参数。其中，所有的干扰类型都需要设置干扰的时间、强度、干扰平台运动轨迹。当选定的干扰类型中存在假目标干扰时，还需要设置假目标;当设置云雨杂波时，需要设置云雨杂波的等级。当设置好合适的干扰参数以及选定好需要训练的干扰类型后，就可以将这些设置通过网络发送到每一台雷达显控终端学员机进行抗干扰训练

雷达复杂电磁环境训练仿真软件主要由人机界面交互模块、干扰数据发送模块、干扰数据显示模块、干扰平台设置模块、雷达复杂电磁环境仿真主控模块、仿真数据计算模块及数据文件生成模块等7个主要模块组成。图3 给出了这些模块之间的关系。