雷达航迹处理软件仿真测试环境构建方法研究

庞红彪，李欣桐，杨清华，吴一超，秦征

（中国兵器工业信息中心，北京，100089）

0 引言

雷达航迹处理软件是现代雷达整机系统中的重要数据处理中枢，它能够接收雷达信息处理软件所发送的所有点迹信息，完成目标航迹的起始、滤波预测、目标融合以及航迹输出，而航迹处理的好坏关乎整个雷达系统的品质，好的航迹处理是目标搜索和稳定跟踪的保证。但如何测试验证雷达航迹处理软件却成了一个长期困扰的难题，具体原因如下：

a、目标的多样性和不可获取性：雷达需要搜索跟踪的目标种类很多，一般来说，包括飞机（包括军用和民用，其中军用又分歼击机、截击机、强击机、轰炸机、侦察机、预警机、武装直升机、教练机、加油机、运输机、舰载机、反潜机等）、火箭、导弹、装甲车、坦克、无人飞机等等，每个种类又分很多具体型号，目标种类繁多；同时在实际测试过中，一般采用民航飞机或靶机来模拟目标，导致无法真正意义上获取“敌方”目标数据。

b、目标大规模和数据的强实时性：雷达航迹处理软件的多目标处理能力一般在100批左右，甚至超过1000批，而目标采集和处理周期一般在毫秒级，数据处理量大；而在实际测试过程中，通常采用一批或几批民航飞机或靶机来模拟目标，导致其航迹处理能力无法验证。

c、背景环境干扰的复杂性：目标可能出现的背景一般包括山地、沙漠、城市、河流以及综合背景，并且随着气象变化和电气电磁环境而导致目标背景环境干扰更加复杂，而在实际测试过程中，通常采用在固定场景中进行，导致无法逐一验证，存在遗漏。

d、软件运行硬件环境非独立性：雷达航迹处理软件一般同接收机软件、目标检测软件、波束形成软件、干扰检测软件和系统控制软件运行在同一主板上的不同芯片上，造成许多功能性能无法直接验证。

e、软件工程化滞后：由于各个研制单位软件工程化开展不均衡，导致许多研制方在描述软件需求时存在描述不完整、不准确、不清晰，导致难验证、漏验证的情况时有发生。

因此，在雷达产品研制过程中，急需构建一套雷达航迹处理软件仿真测试平台，本文就如何构建雷达航迹处理软件仿真测试平台进行了探讨。

1 雷达航迹处理软件的仿真测试平台搭建方法

在雷达航迹处理软件仿真测试平台设计中，航迹生成是关键，它为雷达航迹处理测试验证所需的目标数据生成提供了针对性举措，确保可利用生成的模拟目标测试验证软件对雷达数据处理方法与跟踪算法的正确性，并以此来提高算法的有效性与可靠性。生成的目标数据必须符合飞机飞行速度与航迹特征，同时必须符合雷达测量特征，明确输出目标的基本距离、方位、高度与受到干扰的真实状况等。

1.1 模拟目标的选择原则

目标种类很多，每个种类又分为不同的具体型号，而每个目标特性差异很大，并且不同雷达针对的目标不同，因此在测试验证时非必要且不可能一一验证，需根据不同雷达特性和要求选择不同的模拟目标进行针对性测试验证，具体原则如下：

a、根据雷达型号研制总要求或研制合同，确定雷达的主要作战使命、典型任务剖面和作战对象，选择典型目标；

b、根据典型目标的运动特性，比如最大最小飞行速度、最大最小飞行高度、最大飞行加速度、最大飞行仰角、最大飞行滚转角等，选择飞行特性与之相似的目标；

c、根据雷达类型和性能，包括波段、工作带宽、作战空域等，选择与雷达极限性能相近的目标。

1.2 模拟目标运动模型选择

在选定模拟目标后，需要根据典型目标建立目标的运动模型，其步骤如下：

首先，根据典型目标设置每类典型目标的运动参数，比如最大最小飞行速度、最大最小飞行高度、最大飞行加速度、最大飞行仰角、最大飞行滚转角等等。

其次，按照设置的目标运动参数，设置目标航迹产生模型，常用目标航迹模型如下：

a、按预设航路点直飞：是飞机巡航、飞向攻击对象、投放炸弹、发射低空导弹最常用的一种方式，也是最简单的一种航路模拟，一般说来，目标先沿着直线巡飞，当到达目标攻击范围内，进行投弹，然后沿着一段圆弧爬升，可以将巡飞段和攻击段飞别建立方程。其中还包括几种特例：水平匀速直线运动、水平等加速运动、直线俯冲航路以及直线爬升。

b、水平圆弧航路（也叫盘旋航路）：飞机调准航线或对地目标进行侦察和攻击的另外一种主要方式，主要特点是在水平面内做等半径、变半径的圆弧飞行，垂直平面内可以升降。其中以盘旋航路所在圆弧的圆心为极点，建立极坐标系和航路方程，进入段和离去段均可以按照直线建立巡飞方程。

c、垂直平面内的圆弧运动（也叫俯冲航路）：飞机对地面固定目标俯冲攻击、侦察的一种主要方式，并且命中精度极高的一种方式。这种攻击航路一般分为水平直线巡飞段、过渡段、爬升段、俯冲攻击段、过渡段以及升空离去段，其中爬升段、俯冲攻击段以及升空离去段均是直线运动，过渡段一般可以当作圆弧运动。过渡段可以以所在圆弧的圆心为极点，建立极坐标系和航路方程。

（1）导弹类目标

可以按照导弹的运动分为3段：爬升段、平飞段或滑翔段、末端导引段，分别按照相应的数学模型建立航路。

（2）炮射弹丸、火箭类目标

炮射弹丸类、火箭类目标的飞行运动轨迹一般选择六自由弹道模型进行模拟。不同口径的炮射弹丸、火箭类目标，需根据目标特性，包括射程、重量等，对弹道模型的具体参数进行调整。

（3）人工实时控制飞行

人工规划航路，将航路分为若干段，分别设置航路上主要节点的运动参数，包括飞行高度、速度、加速度、角速度，两个主要节点之间通过节点参数按照目标的运动特性实时进行插值产生，以实现运动变化的连续性以及航迹的连续性。

1.3 干扰的形成

干扰按照干扰能量可分为有源干扰和无源干扰。其中无源干扰种类较多，一般包括箔条走廊、箔条区域、地物气象干扰、鸟群干扰、建筑干扰等等。而有源干扰是现代电子战中的主要方式，它是敌方有意施放的，针对性强，对雷达的破坏力也强，能够直接进入雷达接收机和同时进入的回波信号进行抗衡，破坏雷达正常工作，可分为压制式和欺骗式。压制式干扰按信号宽度可分为阻塞式、瞄准式和扫频式；按噪声调制方式可分为射频噪声干扰、噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰、随机脉冲干扰等。欺骗式干扰包括距离欺骗、角度欺骗、速度欺骗以及距离速度同步干扰等方式。也可以根据雷达体制进行组合干扰。

干扰信号的选择也可以根据雷达特性进行，一般选择与雷达接收机噪声具有相似正态分布且具有最大遮盖性熵的噪声作为噪声干扰信号，经过加权调制而成。

1.4 多目标模拟能力

a、单雷达多目标能力：模拟同一雷达同时搜索跟踪多批目标；b、多雷达单目标能力：模拟多部雷达同时搜索同一目标的情况；c、多雷达多目标能力：模拟多部雷达同时搜索多个目标的情况。

2 对原始点迹与实时方位的记录分析

在雷达航迹处理软件的测试过程中，需要记录大量雷达数据，一般以当天日期为作为系统平台模块记录文件名，将接收到的雷达点迹或模拟目标点迹数据转存到硬盘中，在每经过一个方位扇区就插入一个表示方位扇区号的同步码，可实现对原始点迹的实时方位动态监测与记录,主要用于事后分析，并寻找出雷达航迹数据处理中软件缺陷。因此必须具备如下功能：

a、可通过记录重演文件进行重演，并显示重演时间与进度条内容，默认的重演速度应该为1:1，结合方位扇区的同步码，随时改变重演速度，以找到可能引发错误问题的条件，通常提供10档重演速度选择，包括1～9、48倍速。

b、可提取一次、二次雷达点迹数据，也包括对询问机点迹的处理，通过表格、绘图等方式绘制趋势，进行数据分析。

2.1 数据记录设计方法

如前文所述，雷达航迹处理测试环境构建平台中涵盖了多种待处理的数据类型，包括一次雷达点迹、二次雷达点迹、询问机点迹等，它们均存在于方位扇区中，应结合距离、时间、方位、应答高度、应答代码等指标展开测试，建立航迹扇区管理体系，同时对方位扇区中的方位扇区号、时间等等进行全面记录。

首先，考虑到一次雷达点迹、二次雷达点迹以及询问机点迹存在较大差异，因此需要统一数据格式，保证点迹背景、距离、方位位置、方位宽度、高度等满足设计要求，根据可获取点迹背景判断其点迹类型。如在点迹类型为0的一次雷达点迹中，需要根据点迹背景与其他比特位内容表达其波束号、雷达工作参数等等重要参数指标；点迹类型为1表示其数据而二次雷达所获得点迹，如果点迹类型为2表示数据为询问机点迹，需要对它们的点迹背景进行分析，包括比特位、距离厚度、方位宽度、多普勒速度、幅度等等展开分析；如果点迹类型为3则表示数据在方位扇区中，此时同样需要对其点迹背景进行分析。总之，就是要灵活合理应用雷达航迹处理软件处理某些实时数据，并记录形成数据文件，主要用于事后回放操作与雷达航迹处理的计算、操作设计流程中[2]。

2.2 航迹处理数据重演设计应用

雷达航迹处理软件中是包括诸多组成部分的，其中最核心的4类线程就包括了主线程、时间线程、方位线程以及网络通信线程。

其中主线程主要负责实施数据解析、航迹起始监测、点航相关、滤波预测以及航迹输出等过程内容。同时它的数据解析也会针对一次雷达、二次雷达和询问机点迹展开解析，并申请相应的点迹链表，还可实现对某些战术干预操作的命令内容解析。具体来讲，当雷达航迹起始点对点迹链表产生影响时，就要对点迹的帧间相关内容进行分析，在目标点迹成功积累若干帧，看其是否已经满足了航迹起始条件要求，是否已经生成了目标航迹。

再以点航相关指标为例，如果专门实施目标点迹与航行点迹的相互配对，则需要通过滤波预测点迹相关的目标点迹与航迹内容，在完全滤波处理后才能对目标航迹的移动位置实施动态预测，并同时展示航迹输出的雷达航迹线路，采用方位线程对雷达方位内容进行科学处理。在该过程中，时间线程是可以根据系统时间随意累加处理的，再通过网络通信线程进行网络报文与数据整理。

方位线程是可以实现对雷达政绩系统的全时段、全方位有效解析的，可设置雷达系统方位为360°且完全辐射64个扇区，此时就能够做到对真实数据的回放重演。在该过程中，每当雷达方位扫描通过一个扇区循环时系统就读取一次记录数据文件，而扇区所记录的所有数据内容都会形成一次、二次雷达点迹，且点迹能够被插入到点迹链表中保存。再者，还可根据扇区的实际方位与记录信息时间进行系统调整，第一时间合理有效校正存在于线程中的系统时间累计结果。当主线程在点迹链表起始位置时，就可以展开点迹相关、航迹输出、滤波预测等等过程，主要对航迹的处理软件真是数据内容进行回放重演处理，保证做到雷达航迹处理测试软件满足技术要求，其所构建的环境处理算法与操作设计测试内容都能围绕平台展开，有效简化工程工作流程，并发现、解决存在于软件实际运行环境中所存在的各种技术缺陷问题[3]。

最后，还要在平台搭建完毕后进行点迹数据回放开关重演计算，结合点迹数据建立雷达点迹曲线，并实现航迹处理软件功能模块的全方位测试覆盖。