马 辉，孙 健，刘正堂，王 兴

(中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003)

0 引言

作为电子对抗的重要内容，雷达对抗一直扮演着主角。随着电磁技术的飞速发展，尤其是对作战机群而言，通过多种体制雷达相互组网以及信息融合，已经能够实现对远距离目标的高精度静默侦测，大大增加了防御难度。为了有效提高电子对抗效率和效果，免于受时间、空间以及设备限制，就需要借助一种更为便捷高效的训练工具，即雷达对抗模拟器[1-2]。

雷达对抗模拟器的研究始于20世纪60年代初，在20世纪70年代中期，获得了很大发展，出现了时间分割多辐射模拟系统，这种系统采用数字随机存储器和高速电压控制振荡器，可以对射频单通道进行时间分割，产生多达16个不同的辐射源。20世纪80年代，随着个人计算机的开发和应用，以及系统集成化、微型化技术的发展，雷达对抗模拟器的技术水平和系统性能大大提高。进入20世纪90年代以后，计算机软、硬件的不断发展，促进了雷达对抗模拟器的飞速发展，同时，电子战装备的发展对模拟器也有了更新的要求[3]。进入21世纪，面对日益复杂的电磁威胁环境，雷达对抗模拟系统的技术要求更高，并进入全面发展的时代。世界各国军方已经普遍应用计算机化的模拟作战和训练设备，模拟技术广泛应用于武器系统和作战系统的研究、设计、试验和操作训练的各个方面，有力地促进了电子战系统的发展[4-5]。

现有的雷达对抗模拟器往往存在两大弊端，一方面是体积过大，为了实现信号的逼真重现，一些厂家以及研究机构在硬件上下了很大功夫，这样虽然能够保证仿真及内部运算处理过程更贴近实际的雷达对抗过程，但带来的最显著的问题就是设备体积过大，庞大的机箱、机柜大大限制了实际的使用效率[6-7]；另一方面，部分雷达对抗模拟器依托的是系统级仿真技术，缺乏对信号级数字仿真技术的深入研究，致使仿真运算、回波生成以及多波束空间耦合等关键的对抗过程出现失真，与实际对抗结果存在较大出入，影响电子对抗战力的提升。为此，本文依托信号级的数字仿真技术，着眼于实际对抗需求，从便携好用的角度出发，探索一种雷达对抗数字仿真交互系统的设计方法，为改善电子对抗效果提供更为丰富有效的手段。

1 系统的架构及主要功能

数字仿真系统主要由实体运动特性仿真、实体雷达特性仿真、雷达信息处理过程仿真、信息显示及性能评估、框架流程控制及任务管理模块五大部分组成。其中框架流程控制及任务管理模块是系统的核心，主要实现对各仿真模块的有序调用和对仿真流程进行控制(如仿真的开始、结束和暂停等)，此外该模块还用于实现对全局数据文件的操作和管理等。

2 关键仿真技术设计

1)实体运动特性仿真

实体运动特性仿真部分主要分为目标运动特性仿真、干扰运动特性仿真和雷达运动特性仿真模块三大部分。目标运动模块主要根据用户指定的仿真场景，在统一的三维笛卡尔坐标系中，对目标的六自由度运动特性进行仿真，输出仿真时刻目标的状态信息(如目标的位置、速度、加速度、姿态等)。干扰运动模块主要是实现干扰运动特性的仿真，如果干扰是机载干扰，此时干扰和飞机平台具有相同的运动特性，那么干扰运动特性可以直接利用目标运动特性模块的输出即可。雷达运动特性模块则负责对导弹的运动特性进行仿真，在用户指定的运动规律(如末制导规律等)下，生成雷达的运动轨迹和其状态量，如平台的位置、速度和加速度信息等，便于计算雷达和目标及干扰的相对状态。

2)雷达散射特性仿真

雷达散射特性部分主要由目标雷达散射特性仿真模块、雷达干扰特性仿真模块、雷达传输及处理损耗仿真模块、热噪声特性仿真和杂波雷达散射特性仿真模块五部分组成。目标雷达散射特性仿真模块利用用户指定的目标多散射中心配置文件(或电磁计算得到的不同方位和不同俯仰角上目标RCS数据文件)以及目标雷达的相对状态信息生成多个脉冲的目标雷达中频回波序列。雷达干扰特性仿真模块根据技术文档中设计到的各种典型干扰对雷达系统的干扰原理，并根据雷达和目标的状态关系生成干扰信号的雷达回波。雷达传输及处理损耗仿真模块主要用于对雷达传输过程以及下变频、自动增益控制中涉及到的系统损耗进行定制，并将该影响加入到雷达、干扰和杂波的雷达回波的仿真中，使仿真过程更加接近实际雷达处理过程。热噪声特性仿真主要用于模拟指定分布的雷达接收机热噪声，一般认为接收机热噪声为高斯白噪声。杂波雷达散射特性仿真模块主要用于实现对地面或海面杂波的模拟，可以根据仿真速度要求选择是网格法或统计模型法生成面杂波回波数据。

3)雷达信息处理仿真

雷达信息处理部分主要包括和差三通道信号合成仿真模块、雷达天线传输及伺服仿真模块、雷达信号处理仿真模块、雷达数据处理仿真模块四个子模块。其中和差三通道信号合成仿真模块主要完成单脉冲测角体制下雷达回波信号的和通道、方位差通道和俯仰差通道的信号生成。雷达天线传输及伺服仿真模块主要用于实现对雷达天线方向图的模拟，以及天线伺服系统的简单模拟。雷达信号处理仿真模块主要用于完成回波信号的数字下变频、正交化处理、数据抽取、脉冲压缩、脉间相参积累处理、目标检测、目标干扰鉴别等功能，其输出是雷达的检测报告。雷达信息处理部分是整个系统核心功能，其四个子模块也是按信号处理流程的各环节功能近似原则而设置，数据流为层次递进关系。该部分的各子模块的数据均被送入到图形化界面显示，可以很方便地对各部分的输出进行监控。

4)仿真信息交互

信息显示及性能评估部分主要由图形用户接口模块、图形化数据显示模块和干扰性能评估模块等三个子模块构成。图形用户接口模块提供了用户和系统交互的界面，主要包括主界面及菜单、工具条、各种类型的控件和自定义的对话框等，图形用户接口模块使得用户可以设置运动实体运动特性中目标、干扰和导弹的初始状态信息以及目标和干扰的运动模型等。图形用户接口模块还提供了对散射特性中各个子模块特征参数的交互功能。图形化数据显示模块主要用于显示仿真过程中的各种状态字和波形等，给用户呈现动态的仿真体验。干扰性能评估模块则根据仿真场景中目标干扰等的真实状态值和经过处理后得到的估计值之间的差异，计算性能指标参数，干扰性能评估模块过程可以实现离线或事后的数据处理。

3 雷达对抗仿真模型构建

1)目标回波模型

雷达目标回波模型为：

(1)

式中，Ls为雷达系统综合损耗，包括发射综合损耗、接收综合损耗、大气损耗、脉压损耗以及双程波束损耗等；gvt(θ)为发射天线方向图；gvr(θ)为接收天线方向图；σ为目标RCS；b为调频斜率；f0为雷达工作频率；Tr为脉冲重复间隔；Tp为脉冲宽度；Pt为雷达发射机峰值功率；ARF为射频滤波放大系数；R(t)为目标与雷达的瞬时距离；fm为捷变频增量；fd为多普勒频率；R0目标与雷达的初始距离。

雷达接收机信号模型为：

在时刻t上，目标与雷达斜距为R(t)，在很短的时间内可以认为目标的运动速度是匀速的，雷达在一个波束驻留时间内发射脉冲个数为N，则第k个脉冲，雷达接收到的射频信号为：

(2)

2)噪声干扰模型

压制式干扰中的噪声干扰是具有多种干扰效果样式的干扰方式，主要可分为宽带阻塞式噪声干扰和窄带瞄准式噪声干扰。在实际应用中，为得到强的干扰功率以压制和掩盖雷达信号，多采用噪声调制干扰。

设干扰信号为宽带噪声信号，发射功率为Pj，中心频率为fi，带宽为Bj。雷达接收机的带宽为Br。由于是宽带噪声信号，则Bj≥Br，该过程可以认为是白噪声通过窄带系统的过程。因此雷达接收机的干扰信号可用一个窄带随机过程表示。雷达接收机中放输出端的干扰信号可以表示为：

Gv(θJ)GJAJ(t)exp(j2πfIFt+ϑ(t))KRFGIFLIF

(3)

噪声调幅干扰对雷达的作用：其对雷达系统起两部分作用，一是载波功率，它的干扰作用相当于正弦波干扰，即引起波形的畸变，压制弱信号，造成接收机过载；二是起伏功率，它的干扰作用相当于纯噪声干扰，即输出起伏噪声掩盖目标信号。由于噪声调幅干扰的带宽仅为调制噪声的2倍，而调制噪声的带宽一般为5～10 MHz，所以干扰带宽约为10～20 MHz，这只能成为瞄准式干扰机。由于带宽窄，所以对频率瞄准精度要求高，当瞄准误差大于干扰带宽的一半时，载波能量将不能进入接收机，干扰效果将大为下降，鉴于上述原因，噪声调幅干扰的运用极为有限。

3)典型目标模拟

典型目标模拟模块仿真雷达典型目标及其目标特性，模拟对抗时，在任务设置过程中可设置不同目标作为对抗任务目标，为雷达回波信号仿真生成提供目标特性输入，支持配置或导入目标的电磁散射特性数据，如RCS、散射点、成像数据等，如表1、图1所示。

表1 单站RCS导入格式

图1 飞机目标RCS空间分布

4 结束语

本文借助信号级数字仿真技术，提出了一种雷达对抗数字仿真系统的设计方法，给出了系统架构和主要功能。以此为基础，对实体运动特性仿真、雷达散射特性仿真、雷达信息处理仿真以及仿真信息交互等内部关键仿真部分进行了具体的技术设计，并分别建立了回波模型、干扰模型以及典型目标模型。在提升便携性的同时，通过内部信号级仿真运算，提高实际仿真逼真性，为电子对抗效果的改善提供更为丰富有效的手段和工具。■