文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2015)03-0147-04
0 引言
構(gòu)建貼近實(shí)戰(zhàn)的訓(xùn)練電磁環(huán)境是開展復(fù)雜電磁環(huán)境下軍事訓(xùn)練的前提。復(fù)雜電磁 環(huán)境的實(shí)裝構(gòu)建難度大、代價(jià)高，而全數(shù)字化模擬的構(gòu)建方法具有靈活性強(qiáng)、可操作性好 、代價(jià)小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是電磁環(huán)境構(gòu)建的重要手段和研究熱點(diǎn)，也為裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適 應(yīng)性檢驗(yàn)提供了有力支持。要通過全數(shù)字化模擬的方式構(gòu)建逼真、可信的電磁環(huán)境，前提 是對(duì)新型和傳統(tǒng)的環(huán)境構(gòu)成要素建立準(zhǔn)確的信號(hào)模型并仿真驗(yàn)證模型的合理性[1]。
雷達(dá)新型威脅信號(hào)相對(duì)于傳統(tǒng)威脅信號(hào)具有更強(qiáng)的相干性和隱蔽性，信號(hào)環(huán)境對(duì) 雷達(dá)裝備構(gòu)成了更大的威脅。然而，目前對(duì)于雷達(dá)新型威脅信號(hào)的干擾機(jī)理和數(shù)學(xué)模型的 研究不成系統(tǒng)性，且未能突出此類信號(hào)的高威脅性，難以達(dá)到貼近實(shí)戰(zhàn)的要求。本文深入 分析了雷達(dá)新型威脅信號(hào)環(huán)境的構(gòu)成要素，并對(duì)典型信號(hào)樣式進(jìn)行了建模，最后搭建了雷 達(dá)信號(hào)環(huán)境全數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)模型的仿真驗(yàn)證。
復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)所面臨的威脅信號(hào)環(huán)境，其主要構(gòu)成要素是敵方有意施放的 干擾信號(hào)。雷達(dá)威脅信號(hào)環(huán)境模擬時(shí)，不僅要考慮模擬傳統(tǒng)的有源壓制性干擾、有源欺騙 性干擾和無源干擾[2]，更要特別關(guān)注新出現(xiàn)的、對(duì)雷達(dá)威脅程度更大的干擾信號(hào)[3-4]。 傳統(tǒng)的干擾樣式由于無法獲得脈沖處理增益，干擾功率利用率低，甚至不能達(dá)到有效干擾 的目的。若雷達(dá)采用超低旁瓣、旁瓣對(duì)消和旁瓣匿隱等技術(shù)，更使得干擾能力大大減弱。
新型威脅信號(hào)往往兼有欺騙干擾和噪聲干擾的特點(diǎn)，由于采用了數(shù)字射頻存儲(chǔ)技 術(shù)，干擾信號(hào)與目標(biāo)回波信號(hào)在時(shí)域和頻域上具有很強(qiáng)的相似性，可以在雷達(dá)信號(hào)處理中 得到脈沖壓縮增益和相參積累增益，具有較高的干擾功率利用率。在脈沖壓縮之后可以對(duì) 目標(biāo)回波形成良好的遮蓋，更能在靈活控制下產(chǎn)生密集型假目標(biāo)信號(hào)，有效并隱蔽地淹沒 目標(biāo)回波，使雷達(dá)難以檢測跟蹤目標(biāo)，獲得較好的干擾效果?；谝陨戏治?，雷達(dá)威脅信 號(hào)環(huán)境研究應(yīng)對(duì)新型威脅信號(hào)環(huán)境加以特別關(guān)注，其組成要素如圖1所示。
2 新型威脅信號(hào)環(huán)境數(shù)學(xué)建模
選取新型威脅信號(hào)典型代表：基于移頻的密集假目標(biāo)干擾、前沿脈沖復(fù)制干擾、 脈內(nèi)等間隔采樣干擾和卷積噪聲干擾，建立數(shù)學(xué)模型[5-6]。
(1)基于移頻的密集假目標(biāo)干擾
基于移頻的密集假目標(biāo)干擾是通過疊加多個(gè)移頻干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)密集假目標(biāo)干擾。 通過控制每個(gè)移頻干擾脈沖的移頻量可以控制干擾信號(hào)脈壓后的峰值位置，從而產(chǎn)生多個(gè) 相鄰的假目標(biāo)。為了使脈壓后的峰值具有隨機(jī)性，可以用噪聲對(duì)移頻干擾脈沖的幅度進(jìn)行 調(diào)制。以線性調(diào)頻信號(hào)為例，建立基于移頻的密集假目標(biāo)干擾的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式如 下：
式中，A為干擾信號(hào)幅度；i為服從0～1均勻分布的調(diào)制噪聲；f0為信號(hào)中心頻率；T為 雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度；k=B/T為線性調(diào)頻斜率；B為調(diào)頻帶寬；fi為每個(gè)移頻干擾脈沖的 移頻量；N為疊加的移頻干擾脈沖數(shù)量。
(2)前沿脈沖復(fù)制干擾
前沿脈沖復(fù)制干擾較好地解決了全脈沖干擾要求存儲(chǔ)容量大和最小延遲時(shí)間長的 問題，實(shí)現(xiàn)了收發(fā)隔離。該干擾樣式只復(fù)制從脈沖前沿開始的脈寬內(nèi)部分雷達(dá)信號(hào)，然后 連續(xù)地循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)。通過控制復(fù)制脈沖寬度的大小，可以控制假目標(biāo)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)和位置。以 線性調(diào)頻信號(hào)為例，建立前沿脈沖復(fù)制干擾的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式如下：
(3)脈內(nèi)等間隔采樣干擾
脈內(nèi)等間隔采樣干擾是在雷達(dá)信號(hào)的一個(gè)脈沖寬度內(nèi)，通過交替的接收和轉(zhuǎn)發(fā)來 完成對(duì)雷達(dá)的干擾，這也是解決收發(fā)隔離問題的一種技術(shù)方案。相對(duì)于前沿脈沖復(fù)制干擾 ，其具有更好的相干性，對(duì)雷達(dá)的欺騙作用更大。以線性調(diào)頻信號(hào)為例，建立脈內(nèi)等間隔 采樣干擾的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式如下：
式中，子為取樣時(shí)間間隔；u(t)是幅度為1、脈寬為子、重復(fù)周期為2子的矩形脈沖函 數(shù)。
(4)卷積噪聲干擾
目前的數(shù)字射頻存儲(chǔ)器件在實(shí)現(xiàn)寬帶雷達(dá)干擾、高密度假目標(biāo)干擾和連續(xù)波噪聲 干擾等方面存在著多種困難，卷積噪聲干擾可以產(chǎn)生可控的高密度、多假目標(biāo)干擾。該干 擾不僅具有噪聲干擾特性，而且在時(shí)域和頻域上對(duì)目標(biāo)回波產(chǎn)生重疊和覆蓋，從而大大提 高對(duì)新體制雷達(dá)的干擾效率。建立卷積噪聲干擾的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式如下：
式中，S(t)代表雷達(dá)信號(hào)；U(t)是調(diào)制噪聲。
3 信號(hào)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)
3.1 雷達(dá)信號(hào)環(huán)境全數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)
基于HLA開發(fā)了雷達(dá)信號(hào)環(huán)境全數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)[7-8]。該系統(tǒng)既能夠作為雷達(dá) 信號(hào)環(huán)境的仿真平臺(tái)單機(jī)運(yùn)行，又可以作為復(fù)雜電磁環(huán)境下武器裝備體系對(duì)抗仿真的子系 統(tǒng)運(yùn)行，為環(huán)境信號(hào)顯示、綜合態(tài)勢(shì)顯示、雷達(dá)作戰(zhàn)效能與干擾效能評(píng)估等提供數(shù)據(jù)支撐 。系統(tǒng)包括的聯(lián)邦成員有8類：雷達(dá)信號(hào)環(huán)境、干擾信號(hào)環(huán)境、雜波噪聲信號(hào)環(huán)境、信號(hào) 時(shí)頻特性、場景設(shè)置、綜合態(tài)勢(shì)、評(píng)估和聯(lián)邦控制。雷達(dá)信號(hào)環(huán)境全數(shù)字仿真聯(lián)邦結(jié)構(gòu)如 圖2所示。
仿真聯(lián)邦成員的主要功能如表1所示。系統(tǒng)作為復(fù)雜電磁環(huán)境下武器裝備體系對(duì) 抗仿真的子系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，包含了單機(jī)運(yùn)行的全部功能，仿真的基本過程是：
(1)從仿真資源庫的部隊(duì)編制中選擇所需部署的雷達(dá)裝備和雷達(dá)干擾裝備，按照 一定的作戰(zhàn)目的和部署原則進(jìn)行裝備配置，設(shè)置裝備參數(shù)，同時(shí)部署雷達(dá)目標(biāo)；
(2)設(shè)置一定的作戰(zhàn)場景，包括設(shè)置各成員的運(yùn)動(dòng)路線和編隊(duì)組成；
(3)按照預(yù)設(shè)任務(wù)，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)實(shí)施探測，接收回波進(jìn)行信號(hào)處理；同時(shí)干擾方 接收到雷達(dá)信號(hào)，處理分析后選擇合適的干擾樣式，設(shè)置干擾參數(shù)，實(shí)施雷達(dá)干擾；
(4)雷達(dá)被干擾后，出現(xiàn)被壓制或欺騙的情況，探測能力下降；
(5)對(duì)雷達(dá)作戰(zhàn)效能和干擾效能進(jìn)行評(píng)估，得出量化指標(biāo)，提出相應(yīng)的結(jié)論和建 議。
仿真過程中的信號(hào)時(shí)頻特性顯示界面如圖3所示。
3.2 仿真分析
運(yùn)用雷達(dá)信號(hào)環(huán)境全數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)分別對(duì)一個(gè)脈沖寬度內(nèi)的基于移頻的密集 假目標(biāo)干擾信號(hào)和脈內(nèi)等間隔采樣干擾信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜圖進(jìn)行了仿真分析。公共參 數(shù)設(shè)置如下：雷達(dá)信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)，脈沖幅度A=1 V，載頻f0=10 MHz，脈沖寬度T=10 μs，調(diào)頻帶寬B=2 MHz，采樣頻率fS=40 MHz。
(1)實(shí)驗(yàn)1：基于移頻的密集假目標(biāo)干擾信號(hào)仿真
參數(shù)設(shè)置：移頻干擾脈沖數(shù)N=10，均勻移頻量?駐fi=0.1×i MHz，i=1…N。仿真 結(jié)果如圖4所示。
從圖4可以看出，基于移頻的密集假目標(biāo)干擾信號(hào)在時(shí)域上以t=T/2為中心成對(duì)稱 分布，在頻域上以f0=10 MHz為中心頻率，完全覆蓋了線性調(diào)頻信號(hào)帶寬。
(2)實(shí)驗(yàn)2：脈內(nèi)等間隔采樣干擾信號(hào)仿真
參數(shù)設(shè)置：取樣時(shí)間間隔τ=T/10。仿真結(jié)果如圖5所示。
從圖5可以看出，脈內(nèi)等間隔采樣干擾信號(hào)是對(duì)原雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行多次局部抽樣所得 的部分原信號(hào)；在頻域上的頻率覆蓋范圍跨度超過原雷達(dá)信號(hào)帶寬，但頻譜內(nèi)容是原雷達(dá) 信號(hào)帶寬內(nèi)的一部分。
綜合以上的仿真分析，得出結(jié)論：仿真結(jié)果與理論分析是一致的，干擾信號(hào)可以對(duì) 目標(biāo)回波形成良好的遮蓋，產(chǎn)生的密集假目標(biāo)能夠有效并隱蔽地淹沒目標(biāo)，建立的數(shù)學(xué)模 型是正確、可信的。
4 結(jié)論
本文建立的雷達(dá)威脅信號(hào)環(huán)境模型體系完整地覆蓋了復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)所面臨 的威脅信號(hào)種類，分析了雷達(dá)新型威脅信號(hào)的干擾機(jī)理，突出了雷達(dá)新型威脅信號(hào)環(huán)境的 重要地位，建立的數(shù)學(xué)模型是對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境全數(shù)字模擬構(gòu)建的有力支撐。研制開發(fā)的雷 達(dá)信號(hào)環(huán)境全數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)為復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)級(jí)仿真提供了數(shù)據(jù)支持和實(shí)現(xiàn)方法。
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