复杂电磁环境雷达对抗系统仿真试验

高慧英

(中国舰船研究院，北京 100192)

复杂电磁环境雷达对抗系统仿真试验

高慧英

(中国舰船研究院，北京 100192)

复杂电磁环境是信息化战争的基本特征，利用半实物仿真方法，进行雷达对抗系统对复杂电磁环境的适应性研究成为当前新课题。本文从应用需求分析出发，阐述了仿真试验系统的组成和功能，研究了仿真试验应用中关键技术的实现途径，并给出了应用实例，可有效支撑电子装备复杂电磁环境适应性研究。

复杂电磁环境;雷达对抗;半实物仿真

0 引言

复杂电磁环境是指在一定的战场空间内，由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交叠的电磁信号构成的电磁环境［1］。复杂电磁环境是信息化战争的基本特征，构建复杂电磁环境，进行雷达对抗系统对复杂电磁环境的适应性试验成为我军信息化建设的重点［2］。纵观外军复杂电磁环境的构建方法，主要有外场实装法、全数字仿真法和内场半实物仿真法［3－4］。外场实装方法虽然符合实战条件，产生的电磁环境真实，试验数据准确度高，试验结果直观可信，但代价昂贵，保密性差，易受环境条件制约。全数字仿真方法以功能仿真为主，主要局限性是难以体现信号的相位特性，更适用于装备的研制过程。内场仿真方法以模型及算法、计算机技术、信号处理技术、微波技术为基础，利用计算机控制模拟器，产生典型试验环境中的真实射频信号，以注入或辐射的方式进行试验。因此，内场仿真方法在信号体制的复杂性、生成环境的逼真性、仿真模型的可重用性上具有独特的优势，成为当前研究的主流。

现代雷达对抗系统由雷达侦察装备和雷达干扰装备组成，利用内场注入式半实物仿真方法，进行雷达对抗系统对复杂电磁环境的适应性试验，试验对象为不包括雷达侦察天线和雷达干扰天线在内的雷达对抗系统。本文从试验应用需求分析出发，阐述了仿真试验系统的组成和功能，研究了仿真试验应用中关键技术的实现途径，并给出了应用实例，可有效支撑电子装备复杂电磁环境适应性研究。

1 仿真试验应用需求

雷达对抗是一个动态的过程，既表现在对抗双方雷达对抗装备平台之间的相对运动，还表现在装备之间信号能量在时间或空间上的连续性和间断性(如装备的开关及工作模式切换)，以及信号在空间传播过程中各种地形、气象环境因素的动态影响。在仿真运行过程中，随着仿真时钟的推进，雷达及雷达对抗装备的运动特性、雷达威胁信号、干扰激励信号、目标回波/杂波/干扰信号等的发射、平台运动、空间传输、经散射体反射、天线的扫描特性均需得到较全面真实的复现。因此，信号级的动态对抗仿真才能有效地研究雷达对抗系统在复杂电磁环境下的作战效能。

未来威胁领域的技术进步将对雷达对抗系统的能力提出更高的要求，根据美国陆军手册FM101-5:“军事作战产生的信息数量巨大。只有通过使用有效的系统来精确快速地转换和理解信息，才能避免信息超过负荷。”KOVACS将信息环境划分为3个正交维度［5］:物理维、信息维和认知维，如图1所示。

图1 信息化战争的维度Fig.1 Dimension of information warfare

雷达对抗系统中的物理维描述了在物理世界中交叠存在的信息环境，主要包括基本装备、传输方式等。信息维是收集、处理、保存、分发、显示和保护信息的一维，主要包括信息的内容、质量和信息的传递。认知维是人类感知、思考并做出决定的一维，主要影响的因素有战术实施中的情景感知、作战经验等。这使我们意识到，雷达对抗系统面临的复杂电磁环境一方面体现在客观存在的空域、时域、频域、能域上信号或信息的复杂性，更关键、更具迷惑性的复杂性体现在认知维。因此，复杂电磁环境雷达对抗系统仿真试验应用研究应主要包括以下6个方面的内容:

1)雷达对抗系统在战场作战应用中的动态对抗仿真;

2)实现雷达侦察装备所面临的复杂雷达威胁信号环境的仿真;

3)实现干扰装备的作战对象(被干扰雷达)面临的复杂目标特性环境的仿真;

4)实现干扰装备作战对象通用雷达模拟器的性能仿真;

5)实现雷达对抗系统侦察天线/干扰天线的性能仿真和干扰信号的仿真;

6)实现雷达对抗系统对复杂电磁环境的适应性及作战效能评估。

2 仿真试验系统的组成与功能

基于上述分析，雷达对抗系统内场注入式半实物仿真试验系统包括:战场态势设计系统、主控制系统、综合显示系统、雷达威胁信号生成系统、干扰激励信号生成系统、雷达侦察天线模拟单元、雷达目标特性模拟器、干扰信号幅度调制单元、通用雷达模拟系统、数据录取系统、试验评估系统和被试雷达对抗装备。仿真试验系统功能结构见图2。

各系统主要功能如下:

图2 仿真试验系统功能结构图Fig.2 Framework of the simulation system

1)战场态势设计系统。战情态势设计系统建立作战环境，规定仿真试验的初始战场态势和态势动态变化流程，体现认知维的复杂性。

2)主控制系统。主控制系统是全系统的试验指挥控制中心，用于仿真运行时试验控制、战情加载和分解、仿真时钟同步、各装备承载平台航迹实时仿真。

3)综合显示系统。以图形和表格形式实时展现复杂电磁环境中对抗双方在空域、时域、频域、能量上的分布。

4)雷达威胁信号生成系统。实时、动态地模拟多方位、多批次、多体制、宽频段、高精度、高逼真度的雷达信号环境。

5)干扰激励信号生成系统。对被干扰雷达发射信号进行时延和多普勒频移调制。

6)雷达侦察天线模拟单元。模拟雷达侦察天线测向体制，对雷达威胁信号和干扰激励信号进行幅度、相位及时差的调制。

7)雷达目标特性模拟器。实时、动态地模拟被干扰雷达接收到复杂环境中目标回波信号:包括闪烁和起伏特性、幅度、时延和多普勒频移及雷达天线方向图的调制。

8)干扰信号幅度调制单元。按照干扰机天线指向、天线方向图、干扰平台与雷达的距离、雷达天线扫描、雷达天线方向图，实时生成到达被干扰雷达的干扰信号强度。

9)通用雷达模拟系统。模拟多种工作体制和技术体制的雷达接收机性能，完成干扰效果仿真试验。

10)数据录取系统。完成被试雷达对抗系统和仿真试验系统的数据录取，用于事后数据回放及试验评估。

11)试验评估系统。完成雷达对抗系统侦察能力和对抗效能评估，包括信号截获能力、信号分选识别能力和各种干扰样式的干扰效果。

3 试验应用关键技术实现途径

1)作战应用中的动态对抗仿真

为真实再现作战应用中的动态对抗，在仿真中，根据具体的作战仿真任务，定义运行过程控制文件，描述对抗双方电子装备与运载平台间的配置组合关系及工作模式的切换。模式切换条件与作战应用相关联，并分为3大类。

①时域切换条件:装备工作模式随时间的切换情况定义为模式切换表，对抗双方按预先设置的时域切换表通过仿真时间控制模式切换;

②空域切换条件:装备工作模式的切换同运载平台的位置关联，装备在一定区域采用一种工作模式，当运动到另一个区域时使用另外一种工作模式。例如:在距被试侦察设备距离较远时采用低重频、宽脉冲、扫描方式进行工作;在距离较近时采用高重频、窄脉宽、跟踪方式进行工作。

③自适应模式切换:用智能化编程，为每种模式设置一个或若干个触发条件，让装备根据战情变化，自适应进行模式切换。

运行工作参数表通过装备型号、参数组号为索引，提供一组运行工作参数块名代码及其参数值的工作参数集，按平台编号、装备编号和应用序号升序排列。工作参数组号是以装备型号为单位，包含能满足该装备型号合理、正常工作的一组参数的标识代码，装备型号和参数组号的组合具有惟一性，并约定参数组号为0时表示该装备关机，其他参数组号表示该装备开机正常工作的完整参数集，包含有多个数据块。

2)复杂雷达威胁信号环境仿真

雷达威胁信号环境是指到达雷达侦察装备的所有雷达辐射源信号的集合，是由许多雷达辐射的脉冲序列随机交叠而成的密集的脉冲流。通常采用脉冲描述字［6－7］PDW(Pulse Describe Word)描述射频脉冲的基本特征，脉冲描述字PDW的组成为:PDW=(TOA，RF、PM、PW，DOA，PA)，其中:TOA 为脉冲到达时间，RF为脉冲载频，PM为脉内调制，PW为脉冲脉宽，DOA为脉冲到达角，PA为脉冲信号强度。

因此，复杂雷达威胁信号环境实时仿真的重点一是按照预设场景实时仿真解算并输出脉冲描述字。二是采用基于DDS的直接频率合成方案，经混频、滤波、倍频及放大，生成低相噪、低杂散且具有调频和调相功能的高信号密度的射频信号，能模拟常规体制和特殊体制雷达信号，如脉内频率捷变和相位编码信号，脉间/脉组频率捷变、频率分集，脉冲重复频率抖动与参差等。

3)雷达侦察天线模拟仿真

逼真地模拟雷达侦察设备的接收天线，是实现内场注入式仿真试验的关键，根据EW设备比幅测向、比相测向和时差测向机理，采用功分器、幅度相位控制器(APC)、功率合成器模拟雷达侦察设备接收天线输出的雷达信号。

随着微波器件技术的快速发展，幅度相位控制器可以在较宽的频率范围内工作，满足带宽要求，但其控制精度随着频率、工作环境温度和湿度发生变化，为降低仿真试验系统控制精度对被试雷达侦察装备测向精度的影响，必须在试验前对系统进行标校，建立频率－幅度、频率－相位控制码表，预先加载到存储器中，控制码表按照频率作一维查找变量，在实时运行时，根据发射脉冲的频率快速查找出幅度相位控制器的控制码。这种高速幅相控制技术可满足复杂雷达威胁信号环境中快速频率转换要求，保证射频仿真系统的幅相控制精度。

4)干扰激励信号/干扰信号幅度调制仿真

干扰激励信号模拟干扰信号相对雷达发射信号的时延、多普勒频移和雷达侦察装备所接收到的雷达发射信号强度。干扰信号相对雷达发射信号的时延由3部分组成:

其中:τ1为雷达发射信号由雷达传至雷达侦察装备的路径时延;τ2为从干扰引导起到由干扰装备发射天线辐射出干扰射频信号的技术时延，由实体干扰装备生成;τ3为干扰信号由干扰发射天线传回到雷达接收天线的路径时延。

在仿真试验系统中，干扰激励信号需模拟τ1和τ3。

仿真试验系统对接收的干扰信号进行幅度调制，主要考虑的因素包括:单程幅度衰减、多路径效应、雷达接收天线输出。并控制干扰信号幅度调制单元生成干扰信号，与目标回波信号一起注入通用雷达模拟器。

5)复杂目标特性环境和通用雷达模拟器的性能仿真

雷达对抗系统的作战效能是通过对被干扰雷达对目标的探测和跟踪能力体现出来的，因此，在仿真试验系统中需要进行目标回波环境和雷达性能仿真。由通用雷达模拟器生成雷达低功率发射信号，通过下变频单元将雷达发射信号转换为中频脉冲信号，经由数字射频存储器(DRFM)为核心构成的时延和多普勒频移调制器对中频脉冲信号样本进行调制，生成目标回波信号，并模拟目标回波特性，包括雷达截面积、幅度起伏特性、角闪烁特性、JEM谱线调制、双程衰减及多路径效应等。

通用雷达模拟器的性能仿真主要包括雷达接收天线扫描仿真、天线方向图仿真、接收机仿真、信号处理和数据处理仿真。模拟多种工作体制和技术体制的雷达接收机性能。在信号处理和数据处理仿真模型上尽可能采用实际雷达系统的处理算法，以保证性能仿真的逼真性。

6)作战效能评估

以现代雷达对抗系统所面临的战场多维空间复杂电磁环境和多种类对抗平台的作战使用为背景，通过研究装备作战效能评估理论和方法，建立具有可操作性的装备性能评估指标体系和评估方法，并利用可视化技术将评估过程及结果直观呈现出来。

4 应用实例

针对目前已建立仿真试验系统，简要说明其在雷达对抗系统复杂环境适应性试验中的一个应用实例。

在某仿真试验中，根据作战应用背景，通用雷达模拟系统仿真1部跟踪雷达;干扰激励信号生成系统根据跟踪雷达的低功率发射信号生成包含时延和多普勒频移的干扰激励信号;雷达威胁信号生成系统，产生包含常规脉冲信号、频率捷变信号、重频抖动信号、线性调频信号和编码信号的不同信号密度条件下的复杂雷达威胁信号环境，通过雷达侦察天线模拟单元将干扰激励信号和复杂雷达威胁信号注入雷达侦察装备，经信号识别分选引导干扰装备实施距离拖引干扰，跟踪雷达受到干扰后跟踪假目标，欺骗干扰有效。

图3给出了通过调制域分析仪观察到的仿真试验系统生成的均匀随机重频抖动信号。图4和图5分别给出了模拟的跟踪雷达在干扰前/干扰后对目标的跟踪结果。

图5 距离后拖干扰后跟踪雷达目标显示Fig.5 The tracking radar display by RGPO jam

从图3～图5可见，利用内场注入式半实物仿真试验方法，可实现在不同作战应用背景和各种仿真参数下，雷达对抗系统对各种体制雷达从侦察到干扰全过程的对抗效果的仿真。

5 结语

本文提出的雷达对抗系统仿真试验方法，可以评估雷达对抗系统在各种典型战场对抗环境、典型部署策略及战术使用方法、多种装备技术参数条件下的作战效能，有效支撑电子装备复杂电磁环境适应性研究和军事训练，也为研制新型装备提供参考和依据，有广泛的推广应用价值和重大的军事经济效益。

［1］魏岳江.复杂电磁环境下的联合训练［J］.国防科技，2008，29(4):62 －67.

［2］唐朝京，刘培国.信息化战场复杂电磁环境分析［J］.国防科技，2007，28(8):25 －28.

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［4］赵健，张智，李帅.雷达电磁环境仿真研究［J］.舰船电子对抗，2009，32(5):71 －744.

［5］陈春鹏，刘壮志，李辉.基于电子战斗序列的电磁环境建设及其在电子战靶场的应用［A］.雷达与电子对抗一体化及仿真技术学术论文集［C］.中国造船工程学会，2010.

［6］郭齐胜，董志明.战场环境仿真［M］.北京:国防工业出版社，2005.205 －225.

［7］张永顺，童宁宁，赵国庆.雷达电子战原理［M］.北京:国防工业出版社，2006.20 －21，60－79.

Simulation and test of radar countermeasures system in complex electromagnetic environment

GAO Hui-ying
(China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

Complex elctromagnetic environment is the basic characteristics of information battlefield.Research on the adaption of radar countermeasures system in the complex elctromagnetic environment has became the new issues by the hardware-in-the-loop simulation.This paper analyzes the requirements of test and describes the simulation system block diagram and major functions，critical technologies to implement simulation system are studied and examples are given，which can effectively support the research on the adaption of electronic information equipment in the complex elctromagnetic environment.

complex electromagnetic environment;radar countermeasures;hardware-in-the-loop simulation

TM15

A

1672－7649(2011)06－0051－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.013

2011－05－06

高慧英(1970－)，女，高级工程师，主要研究方向为雷达、电子战系统及仿真。