高威脅雷達(dá)脈間參數(shù)識(shí)別模擬訓(xùn)練軟件設(shè)計(jì)

摘 ?要：針對部隊(duì)偵察職手缺少關(guān)于威脅雷達(dá)脈間參數(shù)特征分析的訓(xùn)練手段，文章進(jìn)行了對復(fù)雜電磁環(huán)境下典型高威脅雷達(dá)參數(shù)特征的差異性分析。利用參數(shù)建模與仿真技術(shù)，從脈沖參數(shù)、傳播路徑和時(shí)序控制三個(gè)方面進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了具有高威脅雷達(dá)PDW模擬、分析判別、考核評估于一體的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可滿足偵察裝備職手對高威脅雷達(dá)參數(shù)識(shí)別、電子情報(bào)參數(shù)分析等的訓(xùn)練需求。

關(guān)鍵詞：全脈沖參數(shù);仿真建模;電磁環(huán)境

中圖分類號(hào)：TP181;TN957.51 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

國防實(shí)力的快速提升和新型艦艇與電子武器裝備的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)電子情報(bào)信息戰(zhàn)略儲(chǔ)備提供了先決條件，也使得對電子情報(bào)的收集需求越來越大;艦艇部隊(duì)在國際舞臺(tái)上活動(dòng)越來越頻繁，環(huán)境復(fù)雜度提升明顯[1]，使得電子情報(bào)收集難度也直線上升。而目前部隊(duì)職手在這方面的訓(xùn)練還比較欠缺，主要原因有三方面。一是新型裝備剛剛?cè)肓校?xùn)練方法、手段不足，實(shí)操訓(xùn)練次數(shù)少，操作不夠熟練;二是新進(jìn)電子戰(zhàn)專業(yè)職手較多，但實(shí)際任務(wù)中為保障任務(wù)質(zhì)量與效果，大部分職手訓(xùn)練機(jī)會(huì)不多;三是在日常訓(xùn)練中，裝備訓(xùn)練模式下的訓(xùn)練環(huán)境比較單一，職手能力提升較慢。鑒于此，為快速提升復(fù)雜電磁環(huán)境下職手對電子情報(bào)信息的分析判別能力，筆者提出了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 ?高威脅雷達(dá)參數(shù)特征分析

1.1 ?載頻特征

雷達(dá)信號(hào)的載頻類型主要包括：固定、捷變、分集、跳變、編碼、復(fù)合等，不同雷達(dá)具有不同的作戰(zhàn)用途，如載頻固定雷達(dá)主要應(yīng)用于普通搜索或跟蹤雷達(dá);捷變雷達(dá)主要用于提高抗干擾能力、增大雷達(dá)探測距離、提高測角精度和抑制海雜波干擾等。

1.2 ?重頻特征

雷達(dá)信號(hào)的重頻類型主要包括：固定、抖動(dòng)、滑變、參差、轉(zhuǎn)換、脈沖多普勒等。重頻抖動(dòng)雷達(dá)通常用于對海搜索和反潛;重頻參差雷達(dá)在動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)中可以解決盲速問題，在脈沖多普勒雷達(dá)中可以消除距離模糊。

1.3 ?脈寬特征

雷達(dá)信號(hào)的脈寬類型主要包括：固定、脈壓、雙/三脈沖、脈寬分集、脈寬編碼等。脈寬固定類型比較常見，廣泛用于各種用途的雷達(dá);脈壓體制類型能夠同時(shí)滿足探測距離遠(yuǎn)和距離分辨力高的要求;脈寬分集類型常見于岸基對空雷達(dá)。

1.4 ?掃描特征

雷達(dá)信號(hào)的掃描類型主要包括：機(jī)械掃描（跟蹤、扇掃、圓掃）和電掃等。機(jī)械掃描是在在水平和俯仰兩個(gè)方向上連續(xù)不間斷地掃描，其中跟蹤雷達(dá)特點(diǎn)為連續(xù)照射、不間斷;電掃雷達(dá)的掃描速率很快，為離散掃描[2-4]。

2 ?參數(shù)建模與仿真

為了提高系統(tǒng)建模的逼真性，主要從脈沖參數(shù)、傳播路徑和時(shí)序控制三個(gè)方面進(jìn)行建模。

2.1 ?脈沖參數(shù)

參數(shù)建模在文獻(xiàn)[5-7]中有詳細(xì)描述，本文考慮到在不同的復(fù)雜環(huán)境條件下，實(shí)際雷達(dá)的脈沖參數(shù)與理想情況會(huì)有所不同，因此在對信號(hào)參數(shù)進(jìn)行建模時(shí)，在各自的調(diào)制方式的基礎(chǔ)上增加了一些抖動(dòng)。比如常規(guī)雷達(dá)脈沖的PDW參數(shù)，各個(gè)參數(shù)均應(yīng)是常數(shù)，但實(shí)際上卻在一定的范圍波動(dòng);所以在對雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行仿真時(shí)，對其參數(shù)都增加了均勻分布的隨機(jī)數(shù)。

2.2 ?傳播路徑

艦載雷達(dá)偵察裝備在海上工作過程中，由于海平面、友鄰艦、本艦的反射、繞射、折射，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)多條反射路徑，影響雷達(dá)電磁波的傳播，這種現(xiàn)象對雷達(dá)偵察裝備的探測性能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。文獻(xiàn)[8，9]中給出了典型的多路徑效益數(shù)學(xué)模型，但本文僅需考慮偵察機(jī)接收到的效果。根據(jù)鏡面反射原理可知，只有雷達(dá)信號(hào)入射角與偵察機(jī)接收信號(hào)的反射角相等時(shí)，偵察機(jī)才能接收到多路徑的信號(hào)，而且隨著雷達(dá)與偵察機(jī)距離的增加，多路徑影響會(huì)減小。通?？梢哉J(rèn)為多路徑信號(hào)與直入信號(hào)為同時(shí)到達(dá)信號(hào)時(shí)，會(huì)影響雷達(dá)脈寬參數(shù)的測量，因此在脈寬計(jì)算時(shí)應(yīng)增加與距離相關(guān)的多路徑脈寬抖動(dòng)因子K，公式為：

2.3 ?時(shí)序控制

在電子對抗環(huán)境下，雷達(dá)偵察接收機(jī)截獲的脈沖信號(hào)主要由雷達(dá)脈沖列與脈沖多路徑效應(yīng)組成。其脈沖列按照各雷達(dá)脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間（TOA）進(jìn)行排序，其到達(dá)時(shí)間即該脈沖的接收時(shí)間。如接收到m個(gè)雷達(dá)輻射源脈沖信號(hào)，各脈沖列的時(shí)間序列可表示為：

3 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從國內(nèi)外雷達(dá)對抗訓(xùn)練系統(tǒng)來看，大多是利用PDW回放數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練[10]，雖然有一定的訓(xùn)練效果，但在環(huán)境噪聲、信號(hào)時(shí)序等方面不夠逼真，因此本文在設(shè)計(jì)時(shí)增加PDW生成模塊，以達(dá)到更逼真的訓(xùn)練效果。

3.1 ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雷達(dá)信號(hào)全脈沖分析系統(tǒng)主要由訓(xùn)練指揮控制模塊、訓(xùn)練態(tài)勢設(shè)計(jì)模塊、PDW數(shù)字生成模塊、PDW數(shù)據(jù)接收處理模塊、全脈沖樣本管理模塊、全脈沖分析顯示模塊、訓(xùn)練考核評估模塊、雷達(dá)信息數(shù)據(jù)庫等八個(gè)模塊組成。其中訓(xùn)練態(tài)勢設(shè)計(jì)模塊又包含了戰(zhàn)場態(tài)勢設(shè)計(jì)和電磁環(huán)境態(tài)勢設(shè)計(jì);全脈沖分析顯示模塊包含參數(shù)精測量分析顯示、二維統(tǒng)計(jì)分析顯示、三維統(tǒng)計(jì)分析顯示、參差多階數(shù)分析顯示。系統(tǒng)組成如圖1所示。

3.2 ?功能設(shè)計(jì)

（1）訓(xùn)練進(jìn)程控制功能。其主要用于對系統(tǒng)仿真運(yùn)行的進(jìn)程進(jìn)行控制，具有開始、結(jié)束等進(jìn)程控制功能，以及對訓(xùn)練態(tài)勢的設(shè)計(jì)、編輯、讀取和下達(dá)等數(shù)據(jù)控制功能。

（2）PDW序列生成功能。其主要用于雷達(dá)信號(hào)的脈沖描述字的數(shù)字化生成，具有復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)信號(hào)全脈沖參數(shù)仿真、脈沖時(shí)序控制和脈沖序列仿真等功能。

（3）PDW樣本提取功能。其主要用于接收雷達(dá)信號(hào)的PDW數(shù)據(jù)，并對各部雷達(dá)信號(hào)的脈沖描述字進(jìn)行分離與歸類，具有復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)信號(hào)脈沖描述字的預(yù)處理、信號(hào)分選和樣本存儲(chǔ)功能。

（4）全脈沖分析顯示功能。其主要用于對選擇的全脈沖參數(shù)樣本進(jìn)行相關(guān)分析、處理和顯示，具有全脈沖參數(shù)精確測量、全景顯示、時(shí)間特性分析、二維統(tǒng)計(jì)、二維直分布、三維統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助分析等功能。

（5）訓(xùn)練評估功能。其主要用于對職手訓(xùn)練數(shù)據(jù)的采集和訓(xùn)練成績的評定，具有訓(xùn)練操作自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和訓(xùn)練成績自動(dòng)評定等功能。

3.3 ?系統(tǒng)運(yùn)行流程

訓(xùn)練開始后，首先打開訓(xùn)練態(tài)勢文件，生成PDW脈沖數(shù)據(jù)，人工進(jìn)行子程序分選操作，提取脈沖頻率、到達(dá)時(shí)間、方位等特征參數(shù)，分選出威脅雷達(dá)脈沖序列樣本存儲(chǔ)于樣本數(shù)據(jù)庫，再繼續(xù)對剩余脈沖進(jìn)行上述操作，直至威脅雷達(dá)脈沖序列樣本被分選完成，將結(jié)果整理后與自動(dòng)處理獲取的考核真值進(jìn)行比對，完成考核評估，程序結(jié)束。流程如圖2所示。

3.4 ?系統(tǒng)工作原理

依據(jù)戰(zhàn)情想定設(shè)計(jì)訓(xùn)練戰(zhàn)場態(tài)勢，合理布放紅藍(lán)雙方兵力初始位置、運(yùn)動(dòng)航跡以及電子信息武器的行為動(dòng)作。根據(jù)訓(xùn)練戰(zhàn)場態(tài)勢調(diào)用雷達(dá)參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的雷達(dá)信號(hào)參數(shù)，按照雷達(dá)作戰(zhàn)方式設(shè)置雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)與消失的時(shí)間，將所涉及的雷達(dá)信號(hào)編輯成電磁態(tài)勢。由PDW數(shù)字產(chǎn)生器解析處理電磁態(tài)勢，形成復(fù)雜電磁環(huán)境下的PDW脈沖序列（或者實(shí)際偵察機(jī)PDW數(shù)據(jù)），將其發(fā)送至信號(hào)預(yù)處理軟件，進(jìn)行載頻、方位、脈寬、幅度等參數(shù)的分類聚合處理。信號(hào)預(yù)處理數(shù)據(jù)在進(jìn)行主分選處理時(shí)，與雷達(dá)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的參數(shù)進(jìn)行比對，形成真值樣本與脈沖樣本真值樣本存儲(chǔ)在考核評估設(shè)備，用于全脈沖分選考核評估，脈沖樣本存儲(chǔ)于全脈沖樣本存儲(chǔ)設(shè)備，用于全脈沖分析統(tǒng)計(jì)與顯示，包括參數(shù)精測量、二維統(tǒng)計(jì)分析、三維統(tǒng)計(jì)分析、多階數(shù)分析等。分析的結(jié)果發(fā)送至考核評估設(shè)備，由考核評估設(shè)備根據(jù)樣本真值進(jìn)行評判，給出考核成績，如圖3所示。

4 ?關(guān)鍵技術(shù)

4.1 ?脈沖丟失處理技術(shù)

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中，雷達(dá)偵察設(shè)備所面對的戰(zhàn)場雷達(dá)信號(hào)環(huán)境很復(fù)雜，脈沖重疊的發(fā)生概率很高，脈沖重疊將導(dǎo)致脈沖丟失情況十分嚴(yán)重。為了貼近實(shí)際戰(zhàn)場，本文采取脈沖合并與參數(shù)優(yōu)選相結(jié)合的處理方法，丟失其中的某一個(gè)或幾個(gè)，將其合并為一個(gè)脈沖，并按到達(dá)時(shí)間的先后進(jìn)行選擇;合并后的信號(hào)脈寬選取為幾個(gè)脈沖銜接后的總寬度，幅度值選取為脈寬最大的脈沖的幅度值。

4.2 ?模糊區(qū)間分級(jí)評估技術(shù)

模糊區(qū)間是指在實(shí)際運(yùn)用中，一個(gè)問題的原始數(shù)據(jù)不能被精確地獲取，結(jié)果不能被準(zhǔn)確地描述，只能用好、較好、差等與之相應(yīng)的定性語言來描述，且數(shù)據(jù)本身就是在一個(gè)區(qū)間內(nèi)變化的情況。本文就是對這類情況下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，雷達(dá)信號(hào)受復(fù)雜電磁環(huán)境影響后，脈沖丟失隨機(jī)性很大，且丟失概率很難精確控制;而脈沖丟失率對信號(hào)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果影響很大，是訓(xùn)練評估中的重要指標(biāo)。為此，在評估時(shí)需找到一種科學(xué)的評判方法來合理描述這一指標(biāo)。本文通過統(tǒng)計(jì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的方法粗略統(tǒng)計(jì)脈沖丟失率，從而建立起脈沖丟失率分級(jí)區(qū)間，將訓(xùn)練態(tài)勢難度對應(yīng)分級(jí)區(qū)間[0，1/9]、[1/9，1/3]、[1/3，1]分成簡單、一般、困難三級(jí)模糊評價(jià)。

5 ?訓(xùn)練處理效果

高威脅雷達(dá)參數(shù)識(shí)別訓(xùn)練可有效提高參訓(xùn)職手識(shí)別信號(hào)的速度和準(zhǔn)確性。以雷達(dá)脈間參數(shù)統(tǒng)計(jì)訓(xùn)練為例，圖4是生成的某型雷達(dá)脈沖序列。

在進(jìn)行信號(hào)脈間參數(shù)統(tǒng)計(jì)訓(xùn)練時(shí)，復(fù)雜信號(hào)環(huán)境和干擾信號(hào)會(huì)導(dǎo)致樣本提取不純，不便于信號(hào)識(shí)別，將對雷達(dá)特性的分析產(chǎn)生一定影響，如圖5所示。

為解決這一問題，職手在訓(xùn)練時(shí)通常采用參數(shù)濾除法進(jìn)行處理，常用的濾除參數(shù)包括方位、頻率、重頻、脈寬等。如圖6所示，經(jīng)過多次重頻篩選后，該雷達(dá)特性為向上單調(diào)滑變信號(hào)，變得容易被識(shí)別。

6 ?結(jié) ?論

高威脅雷達(dá)脈間參數(shù)識(shí)別訓(xùn)練，對提高偵察人員的專業(yè)水平具有重要意義。本文通過對信號(hào)全脈沖參數(shù)進(jìn)行分析，歸納統(tǒng)計(jì)了其主要特征，據(jù)此研究設(shè)計(jì)了相關(guān)的參數(shù)仿真模型以及全脈沖參數(shù)分析訓(xùn)練系統(tǒng)，為模擬訓(xùn)練的開展奠定了基礎(chǔ)。但該成果離真正實(shí)施還有一定差距，尤其在相關(guān)的訓(xùn)練科目、內(nèi)容、流程、方法以及考核標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)體系等方面，還有待進(jìn)一步研究。

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作者簡介：黃文亮（1983.01—），男，漢族，湖北天門人，工程師，本科，研究方向：雷達(dá)對抗仿真訓(xùn)練。