复杂电磁环境雷达新型威胁信号建模与仿真*

欧阳志宏，李修和，丁 锋

（电子工程学院 战术系，安徽 合肥230037）

复杂电磁环境雷达新型威胁信号建模与仿真*

欧阳志宏，李修和，丁 锋

（电子工程学院 战术系，安徽 合肥230037）

复杂电磁环境中雷达新型威胁信号相对传统威胁信号具有更强的相干性和隐蔽性，信号环境对雷达装备构成较大威胁。针对目前对该类环境信号干扰机理和数学模型欠缺系统性研究的问题，分析了环境的组成要素，并对典型的信号样式建立了数学模型。最后，研制开发了雷达信号环境全数字仿真模拟系统，在该系统上实现了信号模型的仿真验证。仿真结果表明了模型的合理性和有效性。

雷达威胁信号环境；新型；建模；仿真

0 引言

构建贴近实战的训练电磁环境是开展复杂电磁环境下军事训练的前提。复杂电磁环境的实装构建难度大、代价高，而全数字化模拟的构建方法具有灵活性强、可操作性好、代价小等诸多优点，是电磁环境构建的重要手段和研究热点，也为装备复杂电磁环境适应性检验提供了有力支持。要通过全数字化模拟的方式构建逼真、可信的电磁环境，前提是对新型和传统的环境构成要素建立准确的信号模型并仿真验证模型的合理性[1]。

雷达新型威胁信号相对于传统威胁信号具有更强的相干性和隐蔽性，信号环境对雷达装备构成了更大的威胁。然而，目前对于雷达新型威胁信号的干扰机理和数学模型的研究不成系统性，且未能突出此类信号的高威胁性，难以达到贴近实战的要求。本文深入分析了雷达新型威胁信号环境的构成要素，并对典型信号样式进行了建模，最后搭建了雷达信号环境全数字仿真模拟系统，实现了信号模型的仿真验证。

1 雷达威胁信号环境分析

复杂电磁环境下雷达所面临的威胁信号环境，其主要构成要素是敌方有意施放的干扰信号。雷达威胁信号环境模拟时，不仅要考虑模拟传统的有源压制性干扰、有源欺骗性干扰和无源干扰[2]，更要特别关注新出现的、对雷达威胁程度更大的干扰信号[3-4]。传统的干扰样式由于无法获得脉冲处理增益，干扰功率利用率低，甚至不能达到有效干扰的目的。若雷达采用超低旁瓣、旁瓣对消和旁瓣匿隐等技术，更使得干扰能力大大减弱。

新型威胁信号往往兼有欺骗干扰和噪声干扰的特点，由于采用了数字射频存储技术，干扰信号与目标回波信号在时域和频域上具有很强的相似性，可以在雷达信号处理中得到脉冲压缩增益和相参积累增益，具有较高的干扰功率利用率。在脉冲压缩之后可以对目标回波形成良好的遮盖，更能在灵活控制下产生密集型假目标信号，有效并隐蔽地淹没目标回波，使雷达难以检测跟踪目标，获得较好的干扰效果。基于以上分析，雷达威胁信号环境研究应对新型威胁信号环境加以特别关注，其组成要素如图1所示。

图1 雷达威胁信号环境组成

2 新型威胁信号环境数学建模

选取新型威胁信号典型代表：基于移频的密集假目标干扰、前沿脉冲复制干扰、脉内等间隔采样干扰和卷积噪声干扰，建立数学模型[5-6]。

(1)基于移频的密集假目标干扰

基于移频的密集假目标干扰是通过叠加多个移频干扰信号实现密集假目标干扰。通过控制每个移频干扰脉冲的移频量可以控制干扰信号脉压后的峰值位置，从而产生多个相邻的假目标。为了使脉压后的峰值具有随机性，可以用噪声对移频干扰脉冲的幅度进行调制。以线性调频信号为例，建立基于移频的密集假目标干扰的时域数学模型，表达式如下：

式中，A为干扰信号幅度；μi为服从 0～1均匀分布的调制噪声；f0为信号中心频率；T为雷达信号脉冲宽度；k= B/T为线性调频斜率；B为调频带宽；Δfi为每个移频干扰脉冲的移频量；N为叠加的移频干扰脉冲数量。

(2)前沿脉冲复制干扰

前沿脉冲复制干扰较好地解决了全脉冲干扰要求存储容量大和最小延迟时间长的问题，实现了收发隔离。该干扰样式只复制从脉冲前沿开始的脉宽内部分雷达信号，然后连续地循环转发。通过控制复制脉冲宽度的大小，可以控制假目标出现的个数和位置。以线性调频信号为例，建立前沿脉冲复制干扰的时域数学模型，表达式如下：

式中，τ为复制脉宽；t mod(τ）表示t取τ的余数。

(3)脉内等间隔采样干扰

脉内等间隔采样干扰是在雷达信号的一个脉冲宽度内，通过交替的接收和转发来完成对雷达的干扰，这也是解决收发隔离问题的一种技术方案。相对于前沿脉冲复制干扰，其具有更好的相干性，对雷达的欺骗作用更大。以线性调频信号为例，建立脉内等间隔采样干扰的时域数学模型，表达式如下：

式中，τ为取样时间间隔；u(t)是幅度为 1、脉宽为 τ、重复周期为2τ的矩形脉冲函数。

(4)卷积噪声干扰

目前的数字射频存储器件在实现宽带雷达干扰、高密度假目标干扰和连续波噪声干扰等方面存在着多种困难，卷积噪声干扰可以产生可控的高密度、多假目标干扰。该干扰不仅具有噪声干扰特性，而且在时域和频域上对目标回波产生重叠和覆盖，从而大大提高对新体制雷达的干扰效率。建立卷积噪声干扰的时域数学模型，表达式如下：

式中，S(t)代表雷达信号；U(t)是调制噪声。

3 信号仿真系统设计与仿真实验

3.1 雷达信号环境全数字仿真模拟系统

基于HLA开发了雷达信号环境全数字仿真模拟系统[7-8]。该系统既能够作为雷达信号环境的仿真平台单机运行，又可以作为复杂电磁环境下武器装备体系对抗仿真的子系统运行，为环境信号显示、综合态势显示、雷达作战效能与干扰效能评估等提供数据支撑。系统包括的联邦成员有8类：雷达信号环境、干扰信号环境、杂波噪声信号环境、信号时频特性、场景设置、综合态势、评估和联邦控制。雷达信号环境全数字仿真联邦结构如图2所示。

仿真联邦成员的主要功能如表1所示。系统作为复杂电磁环境下武器装备体系对抗仿真的子系统运行时，包含了单机运行的全部功能，仿真的基本过程是：

(1)从仿真资源库的部队编制中选择所需部署的雷达装备和雷达干扰装备，按照一定的作战目的和部署原则进行装备配置，设置装备参数，同时部署雷达目标；

图2 雷达信号环境全数字仿真联邦结构图

表1 雷达信号环境全数字仿真联邦成员功能表

(2)设置一定的作战场景，包括设置各成员的运动路线和编队组成；

(3)按照预设任务，雷达对目标实施探测，接收回波进行信号处理；同时干扰方接收到雷达信号，处理分析后选择合适的干扰样式，设置干扰参数，实施雷达干扰；

(4)雷达被干扰后，出现被压制或欺骗的情况，探测能力下降；

(5)对雷达作战效能和干扰效能进行评估，得出量化指标，提出相应的结论和建议。

仿真过程中的信号时频特性显示界面如图3所示。

图3 雷达信号环境全数字仿真模拟系统信号时频特性显示界面

3.2 仿真分析

运用雷达信号环境全数字仿真模拟系统分别对一个脉冲宽度内的基于移频的密集假目标干扰信号和脉内等间隔采样干扰信号的时域波形及频谱图进行了仿真分析。公共参数设置如下：雷达信号为线性调频信号，脉冲幅度A=1 V，载频f0=10 MHz，脉冲宽度T=10 μs，调频带宽B=2 MHz，采样频率fS=40 MHz。

(1)实验1：基于移频的密集假目标干扰信号仿真

参数设置：移频干扰脉冲数 N=10，均匀移频量 Δfi= 0.1×i MHz，i=1…N。仿真结果如图4所示。

从图4可以看出，基于移频的密集假目标干扰信号在时域上以 t=T/2为中心成对称分布，在频域上以 f0= 10 MHz为中心频率，完全覆盖了线性调频信号带宽。

(2)实验 2：脉内等间隔采样干扰信号仿真

参数设置：取样时间间隔τ=T/10。仿真结果如图 5所示。

图4 基于移频的密集假目标干扰信号时域波形及频谱图

图5 脉内等间隔采样干扰信号时域波形及频谱图

从图5可以看出，脉内等间隔采样干扰信号是对原雷达信号进行多次局部抽样所得的部分原信号；在频域上的频率覆盖范围跨度超过原雷达信号带宽，但频谱内容是原雷达信号带宽内的一部分。

综合以上的仿真分析，得出结论：仿真结果与理论分析是一致的，干扰信号可以对目标回波形成良好的遮盖，产生的密集假目标能够有效并隐蔽地淹没目标，建立的数学模型是正确、可信的。

4 结论

本文建立的雷达威胁信号环境模型体系完整地覆盖了复杂电磁环境下雷达所面临的威胁信号种类，分析了雷达新型威胁信号的干扰机理，突出了雷达新型威胁信号环境的重要地位，建立的数学模型是对复杂电磁环境全数字模拟构建的有力支撑。研制开发的雷达信号环境全数字仿真模拟系统为复杂电磁环境信号级仿真提供了数据支持和实现方法。

[1]王小念，苏福，余巍，等.复杂电磁环境下的雷达对抗问题[J].现代雷达，2008，30(4)：21-25.

[2]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[3]刘建成，刘忠，王雪松，等.基于群延迟的前移干扰研究[J].自然科学进展，2007，17(1)：99-105.

[4]李淑华，黄晓刚，刘平.复杂电磁环境下雷达抗干扰技术研究[J].现代雷达，2013，35(4)：1-5.

[5]张毅.雷达干扰建模与仿真[D].西安：西安电子科技大学，2009.

[6]余志斌，金炜东，张葛祥.基于局域波分解的雷达辐射源信号时频分析[J].计算机应用研究，2008，25(10)：3142-3144.

[7]王磊，卢显良，陈明燕，等.一种基于分布式结构的雷达系统仿真引擎机制研究[J].计算机应用研究，2012，29(1)：220-223.

[8]毕大平，祝本玉.雷达电子战仿真系统设计[J].信息与电子工程，2010，8(4)：393-396.

图6 故障保护的示意图

参考文献

[1]杨红伟，黄科，陈宏泰，等.高效率大功率连续半导体激光器[J].微纳电子技术，2010，47(2)：71-75.

[2]姜晓华，陈瑜.准连续大功率半导体激光器电源[J].长春光学精密机械学院学报，2001，24(3)：1-4.

[3]卢凯，刘百玉，白永林，等.大功率半导体激光器驱动电源的设计[J].红外与激光工程，2012，41(10)：2680-2684.

[4]李亚维，丁明军，马成刚.80 kV可调节高压脉冲方波脉冲电源的研制[J].强激光与粒子束，2013，25(10)：2742-2746.

[5]阎得科，孙传东，冯莉，等.高功率窄脉宽半导体激光激励器设计[J].应用光学，2011，32(1)：165-169.

(收稿日期：2014-09-25)

作者简介：

孙斌（1971-），男，硕士，副教授，主要研究方向：激光应用、光电控制。

初华（1985-），通信作者，男，硕士，讲师，主要研究方向：激光应用、光电控制，E-mail：chuhua666@126.com。

黎伟（1983-），男，硕士，讲师，主要研究方向：激光应用、光电控制。

Modeling and simulation for radar new menace signal environment in complex electromagnetic environment

Ouyang Zhihong，Li Xiuhe，Ding Feng
(Dept.of Tactics，Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China)

Because of better coherence and covertness,the environment made up of new radar jamming signals shows greater menace than the traditional radar menace signal environment.In order to researching on it systematically,the elements of the environment and interference mechanism were analyzed firstly,and then the representations were modeled.Finally,a simulation system for radar signal environment was designed.Meanwhile,the simulations of the representations were carried out on this system.The results show the validity and effectiveness of the models.

radar menace signal environment；new；modeling；simulation

TN95

：A

：0258-7998(2015)03-0147-04

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.03.039

2014-11-08)

欧阳志宏(1983－)，男，硕士，讲师，主要研究方向：雷达对抗、复杂电磁环境构建。

李修和(1975－)，男，博士，副教授，主要研究方向：组网雷达对抗、信息战作战效能评估。

丁锋(1978－)，男，博士，讲师，主要研究方向：雷达对抗、组网雷达数据融合。

安徽省自然科学基金（1308085QF105）