数字技术模拟雷达信号环境方法研究

田益明

摘要：本文针对外场测试中微波器件模拟产生雷达信号环境成本较大这一问题，首先以雷达有源压制干扰为例介绍了雷达信号环境的一种典型数学模型，然后分析了雷达信号环境构建的需求和基本原则，最后梳理了数字技术模拟雷达信号环境的关键技术。

关键词：雷达信号环境；数字技术模拟；环境构建

中图分类号：TN955 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0064-02

目前实现对测试对象的雷达信号环境模拟主要有两种方式：一种是通过大型微波器件模拟产生环境态势，这种方式产生的环境态势真实，但微波器件都比较昂贵，且在空间构建精细信号环境时受影响的因素较多，在需要多种环境态势多样本的测试中成本较大；另一种是通过计算机数字技术仿真构建环境，这种方式只需要计算机数字技术模拟，虽然技术要求高，但成本较低。为了给测试对象提供真实有效的雷达信号环境，又能将成本降到最低，需要研究数字技术模拟雷达信号环境的数学模型和关键技术。

1 雷达信号环境模拟的数学模型

为了给测试对象构建逼真的雷达信号环境，首先需要测试对象所在环境的电磁信号环境组成和典型特征进行分析，从而明确电磁信号环境的构建需求，并采用相应的技术手段来产生满足构建需求的雷达信号环境。

以雷达有源干扰环境构建中需要的压制式干扰方式数学模型为例。压制式干扰通过降低雷达接收机输出信号质量达到其干扰目的，包括阻塞式、瞄准式、扫频式等干扰方式，在通信和雷达干扰等方面应用较为广泛。为了降低目标雷达的输出信噪比，可以用调幅噪声充满雷达接收机的带宽，干扰机通常采用噪声调幅的基本干扰样式。通过对噪声调幅干扰进行数字化建模，完成对干扰信号的模拟，当用低频正弦信号对高频振荡进行调幅时，已调波的表达式为：

（1）

其中，分别为载波的振幅、角频率和初相角；分别为调制信号的振幅、角频率和初相角；为调幅系数，且。

干扰机一般采用视频噪声来调制高频信号，白噪声为正态分布，其功率谱为矩形频谱，功率谱密度为一常数：

（2）

其中，为调制噪声的带宽，为调制噪声消耗在1Ω电阻中的功率。

晶体管、电子管等器件的噪声，导线、电阻里的热噪声，都是由大量相互无关的极窄电流（电压）脉冲合成的，由于该类噪声具有较均匀的功率谱密度，所以一般称为白噪声，其电压瞬时值为：

（3）

2 环境构建需求

构建测试对象所需的电磁信号环境需要重点考虑的要素主要包括：任务剖面的影响、平台及搭载的辐射源特征以及干扰环境等。具体构建需求主要有：

2.1 要融入任务剖面背景中

电磁信号环境的生成和变化都和任务剖面直接相关，只有把所构设的战场电磁环境融入到实际的任务背景之中，才能正确反映不同任务背景下雷达电磁信号环境的规律和特点，体现出战术意图。

2.2 体现所处平台特点

装备平台是任务运用执行载体和工具，平台的运动航迹和运动方式以及平台上搭载辐射源的使用均具体体现了任务需求。同时电磁环境应该以测试对象所在平台为中心进行构建。

2.3 重视干扰环境构建

干扰环境作为战场电磁信号环境的一个重要组成部分，在进行战场电磁信号环境构建时也应该有所体现，对于如海杂波、有源干扰等干扰环境可以采用硬件去数字技術去模拟；对于不能采用硬件实现模拟的，应在环境评估中有所体现。

3 环境构建原则

雷达信号环境的构建，需要对目前和今后电磁环境有一个比较清楚的认识。特别是在测试过程中，应尽量构建一个比较真实的电磁环境。首先应进行任务剖面的研究，以此来提高测试的针对性和有效性，通过对雷达信号环境的分析，梳理测试对象的特点，提出雷达信号环境的设计框架。电磁环境是否复杂主要是与在电磁环境中工作的装备能力相关联，不能仅仅用脉冲密度等简单概念来定义雷达信号环境。

3.1 贴近任务需求原则

实际的电磁环境并不一定都是非常复杂，有时可能还非常简单，关键的问题是要研究测试对象任务需求的各种可能情况，分析对方的装备情况，分析战争的规模和布局，才能设置与实战接近的环境。

3.2 逼真原则

逼真性主要体现在环境态势设置时的载频分布、信号时域和频域类型、信号数量、信号时域和频域参数、信号功率幅度、天线扫描速度和搜索跟踪体制、对抗态势和装备能力等方面，要和任务剖面的各方装备情况尽量贴近，信号多并不完全代表复杂，信号参数多变，交迭才真正体现出电磁环境的复杂性。

3.3 科学实用原则

在设计雷达信号环境时，不需要死板地去要求环境的复杂性，要考虑测试对象的具体情况，将装备使用的环境条件作为主要设计依据，不能超出装备的使用边界；也要避免环境设置的单一化。所以，环境设置必须符合测试对象的实用要求，保证环境设置的科学性。

3.4 高性价比原则

对于环境的构建，为了确保测试任务的顺利开展吗，必须注重效益，不能抛开历史数据完全重建，还要充分利用一切已有环境数据资源，与以往积累的外场数据进行联合分析，使数字模拟环境的成本降低。

4 环境构建的关键技术

4.1 环境场景与仿真资源映射方法

该方法主要是为了完成两个方面的功能：一是环境场景中平台位置分布与仿真资源的空间位置的映射，使数字技术模拟的电磁信号环境尽量与设计和规划的场景产生对应关系；其二是实现环境场景中的信号特征和属性与数字技术模拟资源中的硬件设备的控制设置产生对应关系，从而控制硬件资源产生相应的信号环境。

4.2 雷达信号模拟技术

现代雷达信号模拟技术从其实现原理上分可以分为：数字频率综合技术、数字压控振荡器技术两种主要类型。其中数字频率综合技术以数字直接频率合成为核心器件，具有模拟体制多样、模拟精度高、置频时间极短等有点，一般可以用于电磁信号环境中的重点信号或高威胁信号的数字模拟。而数字压控振荡器技术用于其外围电路设计简单、造价相对低廉适合于实现大量辐射通道，从而实现大量背景信号的数字技术模拟产生。

4.3 干扰信号的产生

由于微波暗室空间具有较高电磁洁净度，在以微波暗室的空间而形成的电磁信号环境往往相对于实际的电磁信号环境过于“干净”，所以要在模拟是应该适当增加干扰信号通道。其中应该重点考虑以下两种类型的干扰信号，一是能够使雷达侦察设备产生增批的干扰信号，如由于多路径现象造成的干扰信号；二是能够使接收机通道产生阻塞现象的干扰信号，如连续波体制的干扰信号。另外海杂波信号也可以作为一种干扰信号加入到电磁信号环境的数字技术模拟中。

5 结语

目前，雷达信号环境的构建需求已经存在于感知、对抗和系统协同等各个方面，对测试工作的进程存在广泛而深刻的影响。本文对雷达信号环境构建的数学模型和关键技术进行了探索性的研究，希望可以对雷达信号环境构建方案设计者有所启发。

参考文献

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