高威胁雷达脉间参数识别模拟训练软件设计

摘  要：针对部队侦察职手缺少关于威胁雷达脉间参数特征分析的训练手段，文章进行了对复杂电磁环境下典型高威胁雷达参数特征的差异性分析。利用参数建模与仿真技术，从脉冲参数、传播路径和时序控制三個方面进行了研究，并设计了具有高威胁雷达PDW模拟、分析判别、考核评估于一体的模拟训练系统，可满足侦察装备职手对高威胁雷达参数识别、电子情报参数分析等的训练需求。

关键词：全脉冲参数;仿真建模;电磁环境

中图分类号：TP181;TN957.51      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）13-0033-04

Abstract：In view of the lack of training means of pulse parameter characteristics analysis of threat radar for reconnaissance officers in the army，the characteristic difference of typical high threat radar parameters in complex electromagnetic environment is analyzed，parameter modeling and simulation technology is used，the pulse parameters，propagation path and timing control are studied，a simulation training system with PDW simulation，analysis and discrimination，assessment and evaluation of high threat radar is designed，which can meet the training requirements of reconnaissance equipment professionals for high threat radar parameter identification and electronic intelligence parameter analysis.

Keywords：overall pulse parameter;simulation modeling;electromagnetic environment

0  引  言

国防实力的快速提升和新型舰艇与电子武器装备的快速发展，为实现电子情报信息战略储备提供了先决条件，也使得对电子情报的收集需求越来越大;舰艇部队在国际舞台上活动越来越频繁，环境复杂度提升明显[1]，使得电子情报收集难度也直线上升。而目前部队职手在这方面的训练还比较欠缺，主要原因有三方面。一是新型装备刚刚入列，训练方法、手段不足，实操训练次数少，操作不够熟练;二是新进电子战专业职手较多，但实际任务中为保障任务质量与效果，大部分职手训练机会不多;三是在日常训练中，装备训练模式下的训练环境比较单一，职手能力提升较慢。鉴于此，为快速提升复杂电磁环境下职手对电子情报信息的分析判别能力，笔者提出了本系统的设计。

1  高威胁雷达参数特征分析

1.1  载频特征

雷达信号的载频类型主要包括：固定、捷变、分集、跳变、编码、复合等，不同雷达具有不同的作战用途，如载频固定雷达主要应用于普通搜索或跟踪雷达;捷变雷达主要用于提高抗干扰能力、增大雷达探测距离、提高测角精度和抑制海杂波干扰等。

1.2  重频特征

雷达信号的重频类型主要包括：固定、抖动、滑变、参差、转换、脉冲多普勒等。重频抖动雷达通常用于对海搜索和反潜;重频参差雷达在动目标显示雷达中可以解决盲速问题，在脉冲多普勒雷达中可以消除距离模糊。

1.3  脉宽特征

雷达信号的脉宽类型主要包括：固定、脉压、双/三脉冲、脉宽分集、脉宽编码等。脉宽固定类型比较常见，广泛用于各种用途的雷达;脉压体制类型能够同时满足探测距离远和距离分辨力高的要求;脉宽分集类型常见于岸基对空雷达。

1.4  扫描特征

雷达信号的扫描类型主要包括：机械扫描（跟踪、扇扫、圆扫）和电扫等。机械扫描是在在水平和俯仰两个方向上连续不间断地扫描，其中跟踪雷达特点为连续照射、不间断;电扫雷达的扫描速率很快，为离散扫描[2-4]。

2  参数建模与仿真

为了提高系统建模的逼真性，主要从脉冲参数、传播路径和时序控制三个方面进行建模。

2.1  脉冲参数

参数建模在文献[5-7]中有详细描述，本文考虑到在不同的复杂环境条件下，实际雷达的脉冲参数与理想情况会有所不同，因此在对信号参数进行建模时，在各自的调制方式的基础上增加了一些抖动。比如常规雷达脉冲的PDW参数，各个参数均应是常数，但实际上却在一定的范围波动;所以在对雷达信号进行仿真时，对其参数都增加了均匀分布的随机数。

2.2  传播路径

舰载雷达侦察装备在海上工作过程中，由于海平面、友邻舰、本舰的反射、绕射、折射，会导致出现多条反射路径，影响雷达电磁波的传播，这种现象对雷达侦察装备的探测性能会产生严重影响。文献[8，9]中给出了典型的多路径效益数学模型，但本文仅需考虑侦察机接收到的效果。根据镜面反射原理可知，只有雷达信号入射角与侦察机接收信号的反射角相等时，侦察机才能接收到多路径的信号，而且随着雷达与侦察机距离的增加，多路径影响会减小。通常可以认为多路径信号与直入信号为同时到达信号时，会影响雷达脉宽参数的测量，因此在脉宽计算时应增加与距离相关的多路径脉宽抖动因子K，公式为：

2.3  时序控制

在电子对抗环境下，雷达侦察接收机截获的脉冲信号主要由雷达脉冲列与脉冲多路径效应组成。其脉冲列按照各雷达脉冲信号的到达时间（TOA）进行排序，其到达时间即该脉冲的接收时间。如接收到m个雷达辐射源脉冲信号，各脉冲列的时间序列可表示为：

3  系统设计

从国内外雷达对抗训练系统来看，大多是利用PDW回放数据进行训练[10]，虽然有一定的训练效果，但在环境噪声、信号时序等方面不够逼真，因此本文在设计时增加PDW生成模块，以达到更逼真的训练效果。

3.1  系统结构设计

雷达信号全脉冲分析系统主要由训练指挥控制模块、训练态势设计模块、PDW数字生成模块、PDW数据接收处理模块、全脉冲样本管理模块、全脉冲分析显示模块、训练考核评估模块、雷达信息数据库等八个模块组成。其中训练态势设计模块又包含了战场态势设计和电磁环境态势设计;全脉冲分析显示模块包含参数精测量分析显示、二维统计分析显示、三维统计分析显示、参差多阶数分析显示。系统组成如图1所示。

3.2  功能设计

（1）训练进程控制功能。其主要用于对系统仿真运行的进程进行控制，具有开始、结束等进程控制功能，以及对训练态势的设计、编辑、读取和下达等数据控制功能。

（2）PDW序列生成功能。其主要用于雷达信号的脉冲描述字的数字化生成，具有复杂电磁环境下雷达信号全脉冲参数仿真、脉冲时序控制和脉冲序列仿真等功能。

（3）PDW样本提取功能。其主要用于接收雷达信号的PDW数据，并对各部雷达信号的脉冲描述字进行分离与归类，具有复杂电磁环境下雷达信号脉冲描述字的预处理、信号分选和样本存储功能。

（4）全脉冲分析显示功能。其主要用于对选择的全脉冲参数样本进行相关分析、处理和显示，具有全脉冲参数精确测量、全景显示、时间特性分析、二维统计、二维直分布、三维统计和计算机辅助分析等功能。

（5）训练评估功能。其主要用于对职手训练数据的采集和训练成绩的评定，具有训练操作自动记录、存储和训练成绩自动评定等功能。

3.3  系统运行流程

训练开始后，首先打开训练态势文件，生成PDW脉冲数据，人工进行子程序分选操作，提取脉冲频率、到达时间、方位等特征参数，分选出威胁雷达脉冲序列样本存储于样本数据库，再继续对剩余脉冲进行上述操作，直至威胁雷达脉冲序列样本被分选完成，将结果整理后与自动处理获取的考核真值进行比对，完成考核评估，程序结束。流程如图2所示。

3.4  系统工作原理

依据战情想定设计训练战场态势，合理布放红蓝双方兵力初始位置、运动航迹以及电子信息武器的行为动作。根据训练战场态势调用雷达参数数据库中的雷达信号参数，按照雷达作战方式设置雷达信号出现与消失的时间，将所涉及的雷达信号编辑成电磁态势。由PDW数字产生器解析处理电磁态势，形成复杂电磁环境下的PDW脉冲序列（或者实际侦察机PDW数据），将其发送至信号预处理软件，进行载频、方位、脉宽、幅度等参数的分类聚合处理。信号预处理数据在进行主分选处理时，与雷达参数数据库的参数进行比对，形成真值样本与脉冲样本真值样本存储在考核评估设备，用于全脉冲分选考核评估，脉冲样本存储于全脉冲样本存储设备，用于全脉冲分析统计与显示，包括参数精测量、二维统计分析、三维统计分析、多阶数分析等。分析的结果发送至考核评估设备，由考核评估设备根据样本真值进行评判，给出考核成绩，如图3所示。

4  关键技术

4.1  脉冲丢失处理技术

现代信息化战争中，雷达侦察设备所面对的战场雷达信号环境很复杂，脉冲重叠的发生概率很高，脉冲重叠将导致脉冲丢失情况十分严重。为了贴近实际战场，本文采取脉冲合并与参数优选相结合的处理方法，丢失其中的某一个或几个，将其合并为一个脉冲，并按到达时间的先后进行选择;合并后的信号脉宽选取为几个脉冲衔接后的总宽度，幅度值选取为脉宽最大的脉冲的幅度值。

4.2  模糊区间分级评估技术

模糊区间是指在实际运用中，一个问题的原始数据不能被精确地获取，结果不能被准确地描述，只能用好、较好、差等与之相应的定性语言来描述，且数据本身就是在一个区间内变化的情况。本文就是对这类情况下的统计结果进行分析，雷达信号受复杂电磁环境影响后，脉冲丢失随机性很大，且丢失概率很难精确控制;而脉冲丢失率对信号统计分析结果影响很大，是训练评估中的重要指标。为此，在评估时需找到一种科学的评判方法来合理描述这一指标。本文通过统计同时到达信号的方法粗略统计脉冲丢失率，从而建立起脉冲丢失率分级区间，将训练态势难度对应分级区间[0，1/9]、[1/9，1/3]、[1/3，1]分成简单、一般、困难三级模糊评价。

5  训练处理效果

高威胁雷达参数识别训练可有效提高参训职手识别信号的速度和准确性。以雷达脉间参数统计训练为例，图4是生成的某型雷达脉冲序列。

在进行信号脉间参数统计训练时，复杂信号环境和干扰信號会导致样本提取不纯，不便于信号识别，将对雷达特性的分析产生一定影响，如图5所示。

为解决这一问题，职手在训练时通常采用参数滤除法进行处理，常用的滤除参数包括方位、频率、重频、脉宽等。如图6所示，经过多次重频筛选后，该雷达特性为向上单调滑变信号，变得容易被识别。

6  结  论

高威胁雷达脉间参数识别训练，对提高侦察人员的专业水平具有重要意义。本文通过对信号全脉冲参数进行分析，归纳统计了其主要特征，据此研究设计了相关的参数仿真模型以及全脉冲参数分析训练系统，为模拟训练的开展奠定了基础。但该成果离真正实施还有一定差距，尤其在相关的训练科目、内容、流程、方法以及考核标准、指标体系等方面，还有待进一步研究。

参考文献：

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[2] 陈卓，史小伟，甘荣兵，等.一种基于短时间窗幅度变化的雷达扫描方式识别 [J].电子信息对抗技术，2015，30（1）：48-52.

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[6] 付鹏，董春曦，耿晓宇.重频抖动雷达信号跟踪性能分析 [J].航天电子对抗，2015，31（6）：51-53.

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[8] 袁兴鹏，张金全，杨立永.海面雷达信号环境多路径效应建模与仿真技术研究 [J].舰船电子对抗，2013，36（6）：68-72.

[9] 朱志宇，张冰，王建华.舰载雷达多路径效应仿真研究 [J].船舶，2005（2）：44-47.

[10] 张在宏.舰载雷达对抗系统模拟训练综合设计 [J].舰船电子对抗，2014，37（1）：65-67.

作者简介：黄文亮（1983.01—），男，汉族，湖北天门人，工程师，本科，研究方向：雷达对抗仿真训练。