基于真實作戰(zhàn)場景的雷達訓(xùn)練模擬器構(gòu)想?

白 文 程小夢 任新濤 韋 娟

（1.中國人民解放軍32206部隊 榆林 719000）（2.四川九洲電器集團有限責任公司 綿陽 621000）

1 引言

武器系統(tǒng)在訓(xùn)練過程中，雷達訓(xùn)練一般采用兩種方法：一是外場測試，對真實飛機和導(dǎo)彈等實體目標進行探測跟蹤；二是目標模擬，利用計算機技術(shù)模擬目標的雷達回波來完成探測［1～5］。雖然兩種方法都能對雷達進行性能評估和驗證，但前者需耗費大量的人力、物力、財力，并且靈活性差、復(fù)現(xiàn)能力差，更存在一定的泄密風(fēng)險，現(xiàn)在廣泛使用后者方法，即采用雷達訓(xùn)練模擬器對雷達系統(tǒng)及使用人員進行訓(xùn)練。

2 常規(guī)雷達訓(xùn)練模擬器分析

2.1 工作原理及工作流程

常規(guī)雷達訓(xùn)練模擬的原理圖見圖1。

從圖1可以看出，常規(guī)雷達訓(xùn)練模擬器中，直接調(diào)用了雷達的部分模塊以便減少成本，從發(fā)射到接收的內(nèi)部通道見圖2。

圖1 常規(guī)雷達訓(xùn)練模擬系統(tǒng)原理圖

圖2 目標模擬內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)圖

雷達目標模擬的工作流程見圖3。

圖3 雷達目標模擬流程示意圖

2.2 存在的問題

通過常規(guī)雷達模擬訓(xùn)練器的通道原理圖和工作流程圖可知，通過波束駐留模擬可以分時產(chǎn)生雷達多目標，通過延時發(fā)射完成目標距離模擬，通過和差通道幅相差異完成目標角度模擬［6～7］，但常規(guī)雷達訓(xùn)練模擬器仍存在以下問題。

1）目標特性不真實

目標初始裝訂參數(shù)一般較為簡單，只有位置速度等信息，雖然能調(diào)制出回波信號，但缺失了目標RCS特性，只能以基于統(tǒng)計的單散射點目標進行模擬。一般而言，雷達目標的統(tǒng)計類型按照起伏特點分為swerling1～5，這些模型雖然簡便，卻不準確。

當今戰(zhàn)爭面臨的目標種類繁多，固定翼飛機、旋翼直升機、隱身飛機、巡航導(dǎo)彈、超音速導(dǎo)彈的RCS各有特點，寬帶體制下常見單散射點模型更加不適用。而對目標RCS準確模擬是雷達進行檢測概率分析和目標分類識別的前提。不考慮目標RCS特性的雷達目標模擬器在訓(xùn)練時嚴重影響作戰(zhàn)策略和訓(xùn)練效果。

2）干擾模擬缺失

目前雷達模擬器中，雷達接收機的信號非?！案蓛簟保瑑H包括目標回波信號和彈上設(shè)備應(yīng)答信號。真實作戰(zhàn)環(huán)境中，各種干擾應(yīng)有盡有，包括噪聲干擾（瞄準式噪聲干擾、阻塞式噪聲干擾、掃頻噪聲干擾、脈沖干擾、卷積噪聲干擾）、欺騙干擾（距離拖引、速度拖引、距離速度聯(lián)合拖引等）、假目標（多個均勻假目標或多個獨立假目標）、閃爍干擾、梳狀譜、拖曳干擾。不考慮干擾或考慮不全面的雷達目標模擬器在訓(xùn)練時基本只能發(fā)揮自檢作用，難以訓(xùn)練作戰(zhàn)人員的實戰(zhàn)能力。

3）沒有環(huán)境監(jiān)測

目標模擬中，沒有考慮地理環(huán)境、天氣環(huán)境和背景環(huán)境。而在實際作戰(zhàn)中，地形因素對目標探測影響極大，恒虛警門限系數(shù)的選擇嚴重依賴于雜波特性。因此各種地形如沙漠、農(nóng)田、城市、植被、山林、雪地等地形雜波特性研究長盛不衰，甚至有各種對雜波的統(tǒng)計學(xué)模型被應(yīng)用到仿真分析，但這些模型的參數(shù)難調(diào)缺少校驗，與工程使用還有較大差距。

在惡劣氣象條件下，例如云雨天氣，不但雷達回波衰減嚴重，還會產(chǎn)生大量氣象雜波，這些雜波體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還能運動，對目標檢測帶來很大難度。同時由于火力單元工況復(fù)雜，背景環(huán)境中包含了各類電磁信號泄露、設(shè)備遮擋、無意干擾等。這些環(huán)境因素對目標探測造成了不良影響，必須要在雷達目標模擬中得到體現(xiàn)。

4）模擬不成體系

一般雷達模擬器隨雷達集成，在單平臺制導(dǎo)相對體制下完成全流程的探測打擊均無問題，而多平臺機動協(xié)同或跨型號作戰(zhàn)訓(xùn)練時，需要一個共同基準即絕對體制。采用絕對體制后，也便于大場景的航跡設(shè)置，便于實際地形的獲取，便于火力交叉分析等。

綜上所述，電子發(fā)射系統(tǒng)針對模擬目標進行模擬打靶，由于雷達目標模擬過于簡化，導(dǎo)致整個電子發(fā)射系統(tǒng)僅能解決自檢，若不改進雷達目標模擬而直接將電子發(fā)射系統(tǒng)用作訓(xùn)練，則會造成不良后果。

危害一：可能引發(fā)錯誤的作戰(zhàn)策略。由于沒有包含目標特性，目標識別變得困難和不可靠，進而影響目標威脅排序和目標逃逸區(qū)分析，這將導(dǎo)致目標火力分配和射擊諸元計算不準，最終影響了作戰(zhàn)策略，導(dǎo)致單平臺作戰(zhàn)訓(xùn)練和體系作戰(zhàn)訓(xùn)練時作戰(zhàn)效率降低。

危害二：訓(xùn)練結(jié)果可信度差。不考慮作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃，導(dǎo)致軌跡運行后不支持更改，更不能通過事件觸發(fā)任意釋放干擾，導(dǎo)致目標跟蹤在數(shù)據(jù)處理和信號處理兩個層面都極大降低了難度。再者，回波信號中無戰(zhàn)場地理環(huán)境天氣環(huán)境雜波，也不附加平臺本身電磁兼容性模擬，這可能導(dǎo)致不同作戰(zhàn)場景訓(xùn)練結(jié)果一致或者平臺在遮蔽角上穩(wěn)跟目標。因此，不考慮干擾和環(huán)境的訓(xùn)練，不能給出可信的訓(xùn)練評判。

危害三：不利于實戰(zhàn)化訓(xùn)練建設(shè)?；诶硐肽繕死硐氕h(huán)境的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練難度遠低于實戰(zhàn)化訓(xùn)練，導(dǎo)致實戰(zhàn)化訓(xùn)練推廣難度大，訓(xùn)練人員難以得到有效成長。這與習(xí)總書記所倡導(dǎo)的實戰(zhàn)化訓(xùn)練矛盾，不利于實戰(zhàn)化訓(xùn)練建設(shè)。

3 改進型雷達訓(xùn)練模擬器設(shè)計構(gòu)想

3.1 設(shè)計思路

為保證訓(xùn)練狀態(tài)盡量貼近實戰(zhàn)，需對現(xiàn)有的訓(xùn)練系統(tǒng)中的雷達目標模擬部分進行適應(yīng)性改進。主要改進點為：目標特性真實化、干擾對抗真實化、戰(zhàn)場環(huán)境真實化、目標模擬通用化。

通過改進目標模擬平臺提升訓(xùn)練能力，改進后的雷達訓(xùn)練模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 改進后的雷達目標模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

改進型雷達訓(xùn)練模擬器以適應(yīng)真實作戰(zhàn)訓(xùn)練場景為目標，可實時接收雷達發(fā)射機射頻信號，可不受捷變頻或波形切換控制指令影響以減少多余接口，同時可精確記錄發(fā)射信號的相噪雜散等非理想特性。通過下變頻進行數(shù)字儲頻，可以減少記錄負擔和后續(xù)回波解算負擔。其中：

1）目標回波模塊通過查詢和內(nèi)插對應(yīng)角度和頻率的復(fù)雜目標RCS數(shù)據(jù)庫，讀取目標回波信息，解決目標特性不真實的問題。

2）電子對抗模擬模塊可實時產(chǎn)生干擾信號，通過干擾裝訂信息及觸發(fā)條件實現(xiàn)干擾信號添加，解決干擾模擬缺失的問題。

3）雜波模擬模塊直接調(diào)用日常采集積累的雜波數(shù)據(jù)庫，完成各類作戰(zhàn)環(huán)境下雷達信號的對應(yīng)雜波的回放，解決沒有環(huán)境監(jiān)測的問題。

4）采用軟件平臺化設(shè)計思想，目標模擬接受平臺調(diào)度；基于真實地理坐標信息構(gòu)建統(tǒng)一戰(zhàn)場環(huán)境，設(shè)計無線有線等各類通信接口，支持多平臺統(tǒng)籌交互訓(xùn)練，解決模擬不成體系的問題。

目標回波、干擾和環(huán)境雜波經(jīng)數(shù)字頻率存儲與處理模塊合路后上變頻輸出，在數(shù)字基帶部分按照接收通道進行延時和功率衰減，延時量由雷達波控計算機控制。雷達接收機在接收模擬信號后，對目標進行跟蹤、分選、射擊決策等一系列工作均按武器系統(tǒng)正常流程模擬。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

改進后的雷達訓(xùn)練模擬器采用單通道射頻輸入、多通道射頻輸出的設(shè)計思路，其中輸出通道數(shù)可根據(jù)需求進行配置。其射頻輸入通道可實時采集雷達輸出信號，多個輸出射頻通道用于模擬目標角度信息，寬頻帶范圍可模擬多種類型的干擾和背景信號，雷達裝備和雷達目標模擬器之間共用時鐘和參考以保證頻率和時間的同步性。具體系統(tǒng)架構(gòu)見圖5。

圖5 改進型雷達訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)架構(gòu)框圖

改進型雷達訓(xùn)練模擬器由采集存儲模塊、回波生成模塊、回波注入模塊三大模塊組成。其中，采集存儲模塊工作在雷達發(fā)射機射頻前端，完成對雷達發(fā)射信號的采集，并將雷達信號和雷達參數(shù)存儲起來，以便進行后續(xù)的回波生成?；夭ㄉ赡K完成高真實雷達目標回波信號的仿真生成?；夭ㄗ⑷肽K將產(chǎn)生的目標回波進行通道相位延時后再通過射頻注入的方式發(fā)送到雷達接收機。

回波生成模塊是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要完成復(fù)雜RCS、延時、相位及多普勒合成，欺騙干擾、噪聲干擾等干擾生成，雜波信號回放等功能。其中，復(fù)雜RCS通過縮比模型實測或者商業(yè)仿真軟件仿真產(chǎn)生；延時、相位及多普勒通過時域脈沖相干法等算法實現(xiàn)；欺騙干擾通過對存儲的雷達信號進行延時轉(zhuǎn)發(fā)、幅頻參數(shù)變換、多普勒偽裝等操作，以模擬電子對抗干擾場景；雜波信號回放功能通過對真實采集并存儲的雜波信號進行回放實現(xiàn)。

3.3 功能特點

改進型雷達訓(xùn)練模擬系統(tǒng)具有如下功能特點。

1）真實性高

支持簡單脈沖、線性調(diào)頻、步進頻寬帶波形的錄取生成；

目標RCS屬性真實模擬，可實時模擬不同種類復(fù)雜目標的RCS、位置和運動相關(guān)特征；

電子對抗實時干擾真實模擬，可模擬噪聲干擾、欺騙干擾、假目標干擾等多種類型干擾組合信號；

低成本創(chuàng)建逼真的“人工合成復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境”，包括地理環(huán)境、大氣環(huán)境和背景環(huán)境等。

2）體系性強

預(yù)留多種類型通信接口，適應(yīng)多平臺組網(wǎng)作戰(zhàn)的需求，支持多型號、多體制雷達組網(wǎng)作戰(zhàn)和訓(xùn)練并兼容作戰(zhàn)場景規(guī)劃系統(tǒng)。

3）統(tǒng)籌性好

模塊化設(shè)計，方便安裝維修，支持多通道擴展。

4 結(jié)語

通過對常規(guī)雷達訓(xùn)練模擬器平臺進行改進，構(gòu)建基于真實作戰(zhàn)場景的雷達訓(xùn)練模擬器，可以支撐構(gòu)建多種目標在指定環(huán)境及復(fù)雜電子對抗條件下進行實戰(zhàn)化訓(xùn)練，預(yù)期效益如下。

1）形成一個系統(tǒng)

形成了一個基于高真實信號模擬的作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)，通過對常規(guī)訓(xùn)練系統(tǒng)的雷達目標模擬部分進行改進，達到貼近實際作戰(zhàn)、改進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、優(yōu)化作戰(zhàn)效能的目的。

2）保障兩個要素

保障裝備發(fā)展，通過作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)可評估裝備的作戰(zhàn)效能，對工業(yè)部門的裝備設(shè)計提出使用反饋和改進建議，保障裝備健康良性發(fā)展。

保障人才培養(yǎng)，通過作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)進行針對性訓(xùn)練，不斷優(yōu)化作戰(zhàn)戰(zhàn)法，培養(yǎng)懂作戰(zhàn)、懂指揮、懂裝備使用的高端軍事人才。

3）完成三個轉(zhuǎn)變

完成雷達訓(xùn)練目標特性轉(zhuǎn)變，從起伏點目標變?yōu)閺?fù)雜體目標，目標特性涵蓋固定翼飛機、直升機、隱身飛機、無人偵察機、預(yù)警機、干擾機、巡航導(dǎo)彈、超音速導(dǎo)彈等。

完成雷達訓(xùn)練干擾對抗轉(zhuǎn)變，從無干擾變?yōu)槎喔蓴_組合觸發(fā)，包括瞄準式噪聲干擾、阻塞式噪聲干擾、掃頻噪聲干擾、脈沖干擾、卷積噪聲干擾、距離拖引、速度拖引、距離速度聯(lián)合拖引、多假目標、閃爍干擾、梳狀譜、拖曳干擾等。

完成雷達訓(xùn)練環(huán)境復(fù)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，從純凈背景變?yōu)樯衬⑥r(nóng)田、城市、植被、山林、雪地等地形在雨、云、雪天氣下的場景復(fù)現(xiàn)。