组网雷达对抗仿真平台创新实践应用

肖顺平，艾小锋，赵 锋，潘小义

（国防科技大学 电子科学学院，湖南 长沙410073）

0 引言

“雷达原理”、“电子对抗原理”、“电子系统建模仿真与评估”等课程是我校信息与通信工程学科的核心专业课程，这些课程不仅要求具备综合的理论基础，还要求非常强的动手实践能力［1～3］。这些课程主要针对雷达系统及雷达对抗过程的建模和仿真实现开展教学实践，它不仅综合了“现代数字信号处理”、“随机信号分析”以及“统计信号处理”等课程的相关理论，还要求学生具备一定的软件设计和编程开发能力。此外，军队院校对学生掌握实战的实践能力有更高的要求［4～5］，但是受限于实际装备的数量不够和操作的灵活性，学生创新实践锻炼严重不足，为此本教学组提出利用组网雷达对抗仿真平台开展教学改革的创新实践，充分利用了仿真系统的开放性、灵活性、可重复性等突出优势，切实提高了学生应用所学知识解决工程实际问题能力以及理论和应用创新能力。

1 仿真在创新实践应用中的优势

仿真可以分为数字仿真、半实物仿真和实物仿真等类型［6］，广泛应用于各个行业各个领域，特别是在科学研究中发挥着重要的支撑作用，很多基础理论和方法的验证最开始都是通过仿真分析进行，而后才用实际仪器仪表进行测量。雷达对抗相关课程教学研究过程中，充分利用仿真系统，能够让学生将理论转化为实际能力，并能够创新设计新的算法，相比于实际雷达及其对抗装备，仿真系统应用于创新实践时，具备以下四个优点：

第一，可重复性高：仿真所处的环境封闭，不易受到外场环境中不稳定因素的影响，可以多次重复仿真过程，充分检验创新方法的有效性和适应性；

第二，逼真度高：采用半实物仿真方式，可以将物理实物接入仿真回路，确保了仿真实验结论的可信度；

第三，组件化、模块化设计：为学生提供了探索研究和工程实践的实验平台，提高课程教学的交互性；

第四，可操作性强：将雷达及其对抗系统任意环节的处理结果进行多种形式的显示，使得课程中涉及的物理概念和关键算法可以非常直观的方式展现在学生面前，有利于创新实践。

2 组网雷达对抗仿真平台设计

2.1 系统架构

组网雷达对抗仿真平台逻辑结构如图1所示，基于开放式仿真框架，以电子对抗数据为输入，组网雷达系统为作用对象，作用过程数据和结果数据为输出，用于对抗效果评估。每个环节的算法采用统一接口设计，研究人员可以自定义各个模块，方便接入新算法进行实验验证。

图1 组网雷达对抗仿真平台逻辑结构

组网雷达对抗仿真平台典型四大类创新实践应用：①基础理论研究（电磁环境效应、电子对抗、系统仿真等）；②系统设计论证（雷达、侦察、干扰等装备设计指标论证）；③试验评估（雷达、侦察、干扰等装备工作性能、作战效能、电磁环境适应能力评估）；④模拟训练（雷达、侦察、干扰等装备操作、战术战法、指挥决策等）。

2.2 系统组成

组网雷达对抗仿真平台构成如图2所示，主要包括干扰仿真分系统，自然环境仿真分系统，无意电磁环境仿真分系统，目标仿真分系统，雷达仿真分系统，雷达侦察仿真分系统，数据采集与录取系统，对抗效果评估统，管理与控制系统，效应数据库，二维、三维态势显示系统等。组网雷达对抗仿真平台在体系结构设计、组网雷达建模、电磁环境模拟、效应表征与应用等方面具有先进性。对抗效果评估系统利用所记录的对抗过程数据，依据一定的准则和方法对学生提出的方法做出客观科学的评价，并基于矩阵式电磁环境效应表征体系进行主要成分分析，从而判断产生影响的主要环节，为进一步改进和提升算法提供依据。

图2 组网雷达对抗仿真平台

2.2 系统功能

组网雷达对抗仿真平台对本科生、研究生创新实践支撑体现在以下四个方面：

第一，雷达处理算法创新：平台中雷达仿真分系统采用组件化可重构设计，学员只要按照统一接口设计雷达信号和数据处理的部分算法，就可以方便替换原有算法，构成新型雷达仿真分系统，从而进行对抗仿真，检验雷达处理算法的有效性和适应性。

第二，侦察算法创新：平台中雷达侦察仿真分系统采用组件化可重构设计，学员只要按照统一接口设计侦察分选与识别的算法，就可以方便替换原有算法，构成新型雷达侦察仿真分系统，从而进行对抗仿真，检验侦察算法的有效性和适应性。

第三，干扰方法创新：平台中雷达干扰仿真分系统采用组件化可重构设计，学员只要按照统一接口设计干扰样式、干扰策略，就可以方便替换原有算法，构成新型雷达干扰仿真分系统，从而进行对抗仿真，检验干扰算法的有效性和适应性。

第四，指挥决策创新：学员通过平台的效应数据库、二维态势、三维态势以及评估结果，可以分别站在雷达、侦察、干扰等角度查看自身操作和决策能力，从而分析存在的不足和差距，为新型指挥决策方式提供支撑。

3 创新实践应用实例

3.1 新型干扰方法研究

现代战场条件下，单一的干扰模式和样式难以实现有效干扰，迫切需要干扰机能够在时/空/频/极化等多域协同变化、技战术动态调整。通过组网雷达对抗仿真平台创新实践，学生提出了面向任务与面向场景相结合的多域联合干扰技术架构，综合设计并实现了单机压制、单机欺骗、双/多机联合压制、多机协同欺骗、多机混合对抗等雷达对抗工作模式在线调整，能够自主定义窄带瞄频、宽带扫频、宽带阻塞、函数波调制、正规/随机/示样脉冲、微动调制、灵巧噪声、距离拖引、间歇转发、距离-速度假目标、航迹欺骗等13类对抗样式，覆盖了目前主流雷达对抗模式与样式；针对大斜视角条件下的宽带对地成像雷达欺骗难题，创新性地实现了基于逆距离徏动技术的合成孔径雷达大场景对抗样式模拟，欺骗对抗场景不仅尺寸大且聚焦精确。

为了解决雷达对抗信号博弈变化、动态生成等难题，学生提出了信号参数化表征方法及多域协同干扰方法，实现了典型雷达信号、有源电子干扰信号及自定义波形信号的参数现场可调和快速生成；支持根据技战术博弈过程动态调整、生成对抗信号，针对宽带成像监视雷达中空天虚假目标实时对抗需求，将目标位置、尺寸、散射强度等特征信息映射成信号快-慢时间域参数，进而能够采用精密相位快速调制实现位置可控式假目标欺骗信号模拟，信号模拟速率提高50%，假目标逼真度达95.7%。

3.2 新型抗干扰方法研究

基于组网雷达对抗仿真平台的试验数据，学生建立了矩阵式电磁环境效应表征体系，如图3所示，共计4个域（时、空、频、极化）、14个节点、56个矩阵元素。该表征体系综合采用瞬态参数和统计参数，实现了时、空、频、极化等多域电磁环境效应精细化描述，充分反映了电磁环境对组网雷达系统信号接收、目标搜索、目标检测、目标跟踪、目标识别、信号融合、数据融合等处理环节的作用机理，以及环节之间的传递效应和积累效应，易于获得不同环节效应之间的关联关系。

图3 组网雷达系统矩阵式效应表征体系

基于矩阵式效应表征体系，学生揭示了移频假目标在时频域上的细微差异、转发式假目标的角闪烁效应，据此提出的一种半频宽匹配滤波实现移频干扰识别的方法和基于角闪烁转发式假目标鉴别方法，并在微波暗室中进行了辐射式仿真试验验证，结果表明信噪比高于15dB时，目标鉴别成功率超过90%，能显著提高我雷达对转发干扰的适应能力，具有较大的推广应用价值。

4 结语

将组网雷达对抗仿真平台应用于雷达及其对抗相关课程的创新实践，能够帮助学生深刻理解课程中的物理概念和理论方法，还能够帮助学生迅速建立系统性概念，有针对性地围绕某一处理环节或某一算法进行创新。自2014年教学改革创新实践开展以来，大量学生通过该系统提高了动手实践能力，创新提出了多种干扰、抗干扰、侦察等方面的算法，取得了一系列研究成果。后续还将进一步升级系统能力，拓展应用范围，为进一步增强我校信息与通信工程学科类学生的科研创新能力提供平台支撑。